Эталонные образцы цемент: Эталонные материалы

Содержание

Эталонные материалы

Мы предлагаем вас следующие эталонные материалы:

a) Эталонные цементы VDZ100, VDZ200 и VDZ300

Характеристики эталонных цементов VDZ100 (CEM I), VDZ200 (CEM II/B-M (S-LL)) и VDZ300 (CEM III/B) определяют в ходе кругового исследования. Каждый из этих цементов можно заказывать в виде порций весом примерно 200 г. Наряду со средними значениями в распоряжение предоставляются сравнительные стандартные отклонения кругового исследования и выведенные из них неопределенности опорных значений. Материалы можно применять, например, для калибровки систем контроля качества или в лабораторной практике. Имеются опорные значения для следующих методов:

  • Рентгенофлуоресцентный анализ по стандарту DIN EN 196-2
  • Химические анализы с «мокрой» подготовкой проб по стандарту DIN EN 196-2 (щелочи, сульфиды, сульфаты, хлориды)
  • Содержание несвязанной извести
  • Фазы минералов согласно рентгеновской дифрактометрии и уточнению по методу Ритвельда
  • Состав цемента по стандарту CEN/TR 196-4
  • Элементы в следовых количествах
  • Гранулометрический состав
  • Поверхности по методу Блэйна
  • Плотность
  • Теплота гидратации (7 г) в соответствии с DIN EN 196-11

Перечень параметров с их подробным описанием, опорными значениями и неопределенностями есть здесь.

b) Эталонные и испытательные цементы для выявления водорастворимых хроматов

Эталонный цемент VDZ400
Характеристики эталонного цемента VDZ400 определяют в ходе кругового исследования. Речь при этом идет о портландцементе CEM I 42,5 R, в который не добавляли средство для снижения концентрации хроматов. Упаковка такого цемента крайне важна с точки зрения обеспечения стабильности его параметров и его эталонного состояния. По этой причине материал герметично заваривают в комбинированный вакуумный пакет отдельными порциями по 500 г, чтобы в каждой порции было достаточное для проведения испытания на нормированном строительном растворе в соответствии со стандартом DIN EN 196-10 количество материала.

  • прим. 0,3 пропромилле водорастворимого хромата по стандарту DIN EN 196-10
  • Упаковочная единица: 10 x 500 г (отдельные герметично заваренные порции)

Эталонный цемент VDZ410
Характеристики эталонного цемента VDZ410 определяют в ходе кругового исследования. Речь при этом идет о портландцементе CEM I 52,5 N, в который не добавляли средство для снижения концентрации хроматов. Упаковка такого цемента крайне важна с точки зрения обеспечения стабильности его параметров и его эталонного состояния. По этой причине материал герметично заваривают в комбинированный вакуумный пакет отдельными порциями по 500 г, чтобы в каждой порции было достаточное для проведения испытания на нормированном строительном растворе в соответствии со стандартом DIN EN 196-10 количество материала.

  • прим. 6 пропромилле водорастворимого хромата по стандарту DIN EN 196-10
  • Упаковочная единица: 10 x 500 г (отдельные герметично заваренные порции)

Испытательный цемент «Хромат» VDZ430 (например, для проведения приемо-сдаточных испытаний средств для снижения концентрации хроматов)
В случае испытательного цемента VDZ430 («Хромат») речь идет о портландцементе марки CEM I 52,5 N, в который не было добавлено средство для снижения концентрации хроматов. Содержание водорастворимого хромата точно превышает 10 пропромилле, и этот цемент можно применять и для приемосдаточных испытаний средств для снижения концентрации хроматов.

  • Упаковочная единица: 1 x 5 кг (герметично заваренный комбинированный вакуумный пакет)

c) Эталонный материал для определения концентрации хлора и теплотворной способности

Характеристики эталонного материала для определения концентрации хлора и теплотворной способности определяют в ходе совместного с Ассоциацией по качеству вторичного топлива и повторно используемой древесины (Gütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe und Recyclingholz e.V. (BGS)) кругового исследования, проводимого в 43 испытательных лабораториях. В случае данного материала речь идет о полимерном грануляте, в который путем целенаправленного добавления ПВХ равномерно и в определенных количествах введен хлор.

  • Содержание хлора составляет прим. 8.200 мг/кг в соответствии со стандартами DIN EN 14582, DIN EN 15408
  • Теплота сгорания: прим. 39.200 кДж/кг (в соответствии с DIN 51900, DIN EN 15400)
  • Упаковочная единица: прим. 180 г

d) Цемент для AKR-испытаний в соответствии с директивой по щелочам

Для определения щелочной реактивности зернистых заполнителей в соответствии с директивой Немецкого комитета по железобетонным конструкциям (Deutsche Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb)) по щелочам в испытательных лабораториях должен использоваться единый цемент для AKR-испытаний. Мы предоставляем в ваше распоряжение такой цемент с высоким содержанием щелочей и важную информацию по его характеристикам. Это позволяет уменьшить разброс результатов между различными лабораториями.

Отмена ГОСТ 10178 и ГОСТ 310 – самоубийство российской цементной промышленности

Минпромторг России заявил о предстоящей отмене ГОСТов на цемент, вводя при этом обязательную сертификацию, хотя документов, по которым эта сертификация могла бы идти, пока не существует.

Последствия этого решения обсуждались на заседании технического комитета ТК 465 «Строительство» под председательством Елены Сиэрра. Приглашенные на заседание профессионалы в области производства и применения цемента в один голос утверждали, что отменять данные ГОСТы нельзя. Сторонником отмены выступила только компания «ЕВРОЦЕМЕНТ». Однако решение Минпромторга в ближайшее время может быть претворено в жизнь.

С тех пор благодаря усилиям Союза производителей бетона в редакцию Отраслевого журнала «Строительство» поступают мнения от профессионалов строительной отрасли с оценкой возможных последствий такой отмены. Предлагаем вниманию читателей мнение Сергея Коноплева

, к.т.н., СПбГАСУ, а также комментарий его коллеги Василия Коровякова.


Сергей Коноплев: Эмоциональное мнение по поводу проекта отмены ГОСТ 10178 и ГОСТ 310

Отмена ГОСТ 10178 и ГОСТ 310 является самоубийством нашей цементной промышленности и строительства в угоду европейским «партнерам».

Неужели кто-то уже разучился понимать написанное в стандартах? Ведь во введении к ГОСТ 31108 и в области применения ГОСТ 30744 указано, что этот стандарт применяют, если в контрактах (договорах) предусмотрена поставка цемента по EN 197-1, а также по требованию потребителя (заказчика) и для целей сертификации цемента на соответствие EN 197-1.

Нас что, хотят сдать враждебной Европе, и бороться за независимость нашей экономики мы не собираемся? Правительство РФ проводит политику импортозамещения, а сочинители политики стандартизации в области цемента действуют ровно наоборот.
Поскольку дьявол прячется в деталях, то нужно их показать. Здесь детали – ЭТО САМОЕ ГЛАВНОЕ. Не знающих детали людей легко уговорить на что угодно под благовидными предлогами и сладкими сказками про еврорай и псевдоэкономику.

Итак, детали.
1. По еврометодике ГОСТ 30744 образцы изготавливают из стандартного цементного раствора, состоящего из цемента и стандартного полифракционного песка в соотношении 1:3 по массе при водоцементном отношении, равном 0,50. Для приготовления одного замеса цементного раствора, необходимого для изготовления трех образцов-балочек, взвешивают 450 г цемента, используют одну упаковку стандартного полифракционного песка массой 1350 г и отмеривают или взвешивают 225 г воды. Перемешивание производят в лабораторном смесителе.

Готовый раствор используют для изготовления образцов.

По отечественной методике ГОСТ 310.4-81 сначала определяют консистенцию цементного раствора, для чего отвешивают 1500 г нормального песка по ГОСТ 6139, 500 г цемента и 200 г воды (водоцементное отношение В/Ц=0,40). Компоненты загружают в предварительно протертую влажной тканью чашу лопастной мешалки в следующей последовательности: песок, вода, цемент. Чашу устанавливают на мешалку и производят перемешивание.

После приготовления раствора определяют стандартную консистенцию на встряхивающем столика. Расплыв конуса с В/Ц=0,40 должен быть в пределах 106-115 мм. Если расплыв конуса окажется менее 106 мм, количество воды увеличивают для получения расплыва конуса 106-108 мм. Если расплыв конуса окажется более 115 мм, количество воды уменьшают для получения расплыва конуса 113-115 мм.

Водоцементное отношение, полученное при достижении расплыва конуса 106-115 мм, принимают для определения предела прочности при изгибе и сжатии, т.

е., при определении марки цемента по прочности.

Промежуточный вывод.
По еврометодике водоцементное отношение фиксировано (В/Ц=0,5).

По отечественной методике водоцементное отношение определяется опытным путем — получением цементного теста стандартной консистенции для исключения влияния на результат испытаний водопотребности применяемого для испытаний песка. На практике значения водоцементного отношения после получения теста стандартной консистенции варьируются от 0,4 до 0,5 в зависимости от водопотребности примененного песка.

Поскольку прочность зависит от водоцементного отношения, то поэтому образцы, изготовленные по евро- и отечественной методике, НЕИДЕНТИЧНЫ по своим прочностным свойствам, следовательно результаты их испытаний НЕСОПОСТАВИМЫ.

2. Методики предусматривают изготовление образцов по различным технологиям формования-уплотнения.
По еврометодике образцы изготавливают послойно в два слоя, уплотняя каждый слой на специальном встряхивающем столике (который надо покупать в Европе).

По отечественной методике образцы изготавливают при уплотнении на лабораторной виброплощадке.

Таким образом, технологии формования образцов по двум методикам различаются. Это усиливает различия в свойствах, что увеличивает степень несопоставимости результатов испытаний таких образцов.

Промежуточный вывод.

Результаты испытаний прочности одного и того же цемента по еврометодике ГОСТ 30744 и отечественной методике ГОСТ 310.4 будут всегда разные и несопоставимые, поскольку прочность зависит от водоцементного отношения и технологии формования-уплотнения.

3. Для еврометодики необходимо организовывать массовое производство упакованного стандартного полифракционного песка, сертифицированного на соответствие эталонному полифракционному песку, который, в свою очередь, должен иметь сертификат соответствия песку по EN 196-1. Иными словами, для еврометодики испытаний цемента нужно покупать в Европе эталонный полифракционный песок (за валюту по нынешнему курсу покупать импортный песок??? – ха-ха-ха! – это безумие!!!) либо постоянно там его сертифицировать на соответствие EN 196-1 (тоже за валюту, т.

е., такое же безумие!!!), поскольку такой песок нужен для сертификации производимого в России стандартного полифракционного песка. В результате этот песок будет по цене будет приближаться к цене золотого, а стоимость испытаний цемента устремляться в заоблачные выси.

В то же время по отечественной методике позволяется использовать любой отечественный песок, соответствующий ГОСТ 6139. Различия в его водопотребности нивелируются определением водоцементного отношения при стандартной консистенции, что мудро было назначено ответственными, разумными и адекватными  специалистами в советское время.

Кстати, фамилии этих людей можно узнать из официального советского издания ГОСТ 310. Фамилии же тех, кто нам предлагает отменить исторические положительные нормативные традиции и сдаться с потрохами Европе с ее сомнительными еврометодиками, почему-то нам не сообщаются, хотя страна должна их знать.

Считаю, что попытки смены отечественных стандартов на европейские под предлогом мнимой «гармонизации» — это посягательство на экономическую независимость России.

Никто еще не доказал, что евростандарты для нашей страны чем-то лучше, чем наши отечественная стандартизация, но постоянно идет бесперебойное зомбирующее вбивание в головы наших людей, что у нас стандарты плохие, а у них — хорошие. И даже закон приняли, что мы должны руководствоваться правилами международного договора, если наши отечественные правила в области техрегулирования им не соответствуют (ФЗ-184, 4 часть ст.4).

4. Все имеющиеся отечественные методики подбора и корректировки составов бетона адаптированы на марку по прочности цемента, определяемую по ГОСТ 10178 и ГОСТ 310. В то же время никаких исследований, разработанных методик, и других результатов, на основании которых в России можно было бы обеспечивать рецептурно-технологические процессы на основании класса цемента, вообще не существует. Сегодня никто не знает, как подбирать номинальный состав бетона с учетом класса цемента, и как корректировать рабочие составы бетона с учетом разрешенного огромного разброса активности цемента в пределах одного класса до 20,0 МПа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вместо того, чтобы пускаться во все тяжкие и бездумно подменять стандарты с явно конъюнктурными целями, надо продемонстрировать истинно государственный подход и провести масштабную научно-исследовательскую и аналитическую работу для выявления сильных и слабых сторон отечественных и зарубежных стандартов, выявить общие позиции и различия, привести в соответствие терминологию и математический аппарат. Только после получения подобных результатов и их оценки можно приниматься за гармонизацию стандартов.

Я категорически против отмены ГОСТ 10178 и ГОСТ 310. Их отмена влечет увеличение доли контрафактного цемента  неподтвержденного качества с «правильными» сопроводительными документами.

Есть мнение!

Василий Коровяков, д-р техн. наук, профессор, лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, советник по научно-организационной работе ОАО «НИИМосстрой», профессор кафедры Технологии вяжущих веществ и бетонов МГСУ:

Целиком поддерживаю концепцию Коноплева С. Н. по поводу необоснованного принятия стандартов, «гармонизированных» с европейскими, и попыток отменить ГОСТ 10178 и ГОСТ 310 . Действительно. чтобы перейти на европейские методы испытаний, необходимо выполнить большой объем экспериментальных работ и провести аналитические исследования «за» и «против», а также учитывать мнения потребителей цемента — бетонщиков, что очень важно. У меня при ознакомлении со многими гармонизированными стандартами возникает мнение, что они разрабатываются в угоду конкретных корпораций и лиц. Отмену отечественных стандартов на цементы считаю необоснованной и несвоевременной.

 

ОАО «НИИЭС»

Содержание

Введение 3

1. Методика проведения испытаний 4

2. Состав и свойства исходного низкомарочного бетона 8

3. Исследование герметика «Акватрон-6» на сжатие (когезию) и адгезию к бетону

3.1. прочность на сжатие (когезия)                                                                                               10

3.2. адгезионные свойства                                                                                                            12

4. Исследование бетона с покрытием герметиком «Акватрон-6»

4.1. состав и свойства низкомарочного бетона-эталона. Изготовление образцов

с покрытием герметиком «Акватрон-6»                                                                                                     15

4. 2. водонепроницаемость бетона                                                                                                      17

4.3. прочность бетона                                                                                                                       20

5. Исследование бетона с добавкой герметика «Акватрон-6»

5.1. состав и технологические свойства бетонной смеси с добавкой герметика «Акватрон-6»            23

5.2. водонепроницаемость бетона                                                                                                       24

5.3. морозостойкость бетона                                                                                                         25

5. 4. прочность бетона                                                                                                                      26

6. Выводы 28
Приложения 30

 

Введение.

Настоящая работа выполняется согласно договору №15/113-03 от 03.02.2003 г.

Сухая растворная гидроизоляционная смесь «Акватрон-6», выпускаемая ОАО «Полиэкс» по заказу ОАО «Вайда» (по ТУ 5735-080-075080050-2000), предназначена для гидроизоляции бетонных, каменных и других капилярно-пористых строительных материалов, подвергающихся воздействию воды и агрессивных жидкостей (растворы кислот, щелочей, солей; нефтепродукты). Целью данной работы является контрольное опробирова­ние материала и выдача рекомендаций по его применению для ремонта недоуплотненного и фильтрующего бетона строительных конструкций, в том числе гидротехнических сооружений переменного горизонта воды, водосливных граней плотины, днища и стен тоннелей и каналов и др.

В состав данной работы вошли следующие вопросы:

1.  Исследование собственных прочностных свойств гидроизоляционной смеси (герметика) «Акватрон-6»;

2.  Определение адгезионных свойств гидроизоляционной смеси (герметика) «Акватрон-6»;

3.  Исследования влияния покрытия гидроизоляционной смесью (герметиком) «Акватрон-6» низкомароч­ного бетона на его морозостойкость, водонепроницаемость и прочность;

4.  Исследования влияния гидроизоляционной смеси (герметика) «Акватрон-6», примененной как добавка к бетону, на морозостойкость, водонепроницаемость и прочность исходного бетона.

Работа проводилась в лаборатории строительных материалов под руководством зав. лабораторией, к.т.н., Затворницкой Т.А., сотрудниками: научн. сотр. Магитон А.С., Затворницкой А.О., к.т.н. Талденковой Е.Н., Краса­виной М.В., Васильевым М.М., Скащенко А.С., Бобылевой Е. В., Забурдаевой Т.М., Титовым Ю.А., Аксютиным Д.Н.

 

1.Методика проведения испытаний.

Проба сухой гидроизоляционной смеси «Акватрон-6», предназначенной для исследования, была достав­лена в январе 2003 г. в количестве одного мешка весом 25 кг.

Испытания проводились по стандартным методам, а также специальным методам, разработанным в лабо­ратории исследования строительных материалов НТЦ СКМ ОАО «НИИЭС».

В основу специальных исследований сухих гидроизоляционных смесей применительно к ремонту гидро­технических сооружений положено изучение их влияния на низкомарочные бетоны с заведомо низкими харак­теристиками (исходный бетон) класса М100, F50, W1-2.

1) Методика испытания смеси на сжатие и растяжение при изгибе.

Испытания проводились по ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изги­бе и сжатии».

Были изготовлены половинки образцов-балочек 4х4х16 из «старых» растворных образцов 1974-1986 гг., затем установлены в формы для растворных образцов. Затем поверхность контакта была увлажнена, после че­го была изготовлена смесь для испытания на адгезию к бетону с В/Т=0.22 и уложена в формы. Испытания на прочность при сжатии проводились согласно ГОСТ в возрасте 1, 3, 7, 14 и 28 сут. Водотвердое отношение В/Т=0.22 в соответствии с рекомендациями ТУ 5745-080-07508005-2000 на герметик «Акватрон-6». Испытания на адгезионную прочность проводились согласно ГОСТ 310.4-81, п. 2.2.8, 2.2.9. (прочность на растяжение при изгибе).

2) Методика испытания образцов с покрытием герметиком «Акватрон-6» на водонепроницаемость.

Исходные образцы-цилиндры размерами d=Н=15 см, изготовленные из низкомарочного бетона, покрыва­ли герметиком «Акватрон-6» согласно рекомендациям ТУ 5745-080-07508005-2000 (см. Приложение 1). Торце­вые поверхности образцов очищали от следов смазки и пленки цементного теста. Один из торцов смачивали водой и грунтовали кистью герметиком «Акватрон-6», затворенным водой в соотношении 1:1. Через 10 минут загрунтованную поверхность гибким металлическим шпателем наносили 2 слоя составом: «Акватрон-6» + вода в соотношении 1:0.22 толщиной 1.5-2 мм, с выдержкой между нанесением этих слоев в течение 5-6 часов в нормальных условиях. Перед нанесением 2-го слоя поверхность увлажнялась.

Контрольные и рабочие образцы хранилияь в нормальных условиях в течение 48 часов, затем 24 часа в во­де при температуре 18±2°С и затем при температуре воздуха 20±2°С и относительной влажности воздуха не ме­нее 60% в течение 24 часов.

Контрольные и рабочие образцы испытывались по ГОСТ 12730.5 «Бетоны. Методы определения водоне­проницаемости» по методу «мокрого пятна». Испытания проводились до тех пор, пока на верхней торцевой по­верхности образца не появлялись признаки фильтрации в виде капель или мокрого пятна.

Испытания на водонепроницаемость проводились по двум схемам: «на отрыв» (покрытие верхнего торца) в возрасте 4 и 28 суток и «на прижим» (покрытие нижнего торца) в возрасте 4 суток.

Давление воды повышалось ступенями 0.2МПа (2 ати) в течение 1-5 мин. с выдерживанием на каждой сту­пени 16 часов.

При появлении признаков фильтрации воды на верхней торцевой поверхности покрытия (рис. 4.2) в слу­чае испытания образцов «на отрыв» испытания не прекращались, а проводились до тех пор, пока вода не пере­ставала высыхать; скапливающаяся вода на поверхности покрытия постоянно убиралась фильтровальной бу­магой. Подобная методика исходит из опыта исследований герметиков проникающего действия лаборатори­ей исследований строительных материалов ОАО «НИИЭС»: материал «Акватрон-6» способен к самозалечива­нию микротрещин и после удаления воды поверхность высыхает.

3) Методика испытания образцов с покрытием герметиком «Акватрон-6» на прочность при сжатии (когне-
зию).

Исходные образцы-кубы размерами 10х10х10 см покрывали герметиком «Акватрон-6» аналогично образ­цам для проведения испытания на водонепроницаемость, но герметиком покрывались все поверхности образ­ца.

Поверхности образцов очищали от следов смазки и пленки цементного теста. Один из торцов смачивали водой и грунтовали кистью герметиком «Акватрон-6» — вода в соотношении 1:1. Через 10 минут на загрунтован­ную поверхность гибким металлическим шпателем наносили 2 слоя составом «Акватрон-6» — вода в соотноше­нии 1:0.22 толщиной 1.5-2 мм. С выдержкой между нанесением слоев 5-6 часов в нормальных условиях. Перед нанесением 2-го слоя поверхность увлажнялась.

Контрольные образцы и образцы с герметиком «Акватрон-6» испытывались согласно ГОСТ 10180-90 «Бетоны».  Методы определения прочности по контрольным образцам» в возрасте 7, 14, 28 сут., выдерживаясь в ка­мере нормального твердения при температуре воздуха 20±3°С и относительной влажности 95±5%.

4) Методика испытания образцов гидротехнического бетона с добавкой герметика «Акватрон-6» на водо­
непроницаемость.

В контрольный состав бетона марки М100F50W1-2 вводили «Акватрон-6» в количестве 3% массы всех ком­понентов состава (согласно ТУ 5745-080-07508005-2000, см. приложение 1).

Образцы с добавкой «Акватрон-6» и контрольные образцы хранились в нормально-влажных условиях в ка­мере нормального твердения в течение 28 суток, а затем испытывались по ГОСТ 12730.5 «Бетоны. Метода оп­ределения водонепроницаемости».

5) Методика испытания образцов гидротехнического бетона с добавкой герметика «Акватрон-6» на моро­
зостойкость.

В контрольный состав бетона марки М100F50W1-2 вводили «Акватрон-6» в количестве 3: массы всех ком­понентов состава (согласно ТУ 5745-080-07508005-2000, см. приложение 1).

Образцы с добавкой «Акватрон-6» и контрольные образцы хранились в нормально-влажных условиях в ка­мере нормального твердения в течение 24 суток, затем на 4 суток погружались в емкость с водой до полного водонасыщения.

Испытания проводились ультразвуковым экспресс-методом по 1 циклу замораживания и оттаивания (ме­тодика ОАО «НИИЭС»).

6) Методика испытания образцов гидротехнического бетона с добавкой герметика «Акватрон-6» на проч­
ность при сжатии.

В контрольный состав бетона марки М100F50W1-2 вводили «Акватрон-6» в количестве 3: массы всех ком­понентов состава (согласно ТУ 5745-080-07508005-2000, см. приложение 1).

Контрольные образцы и образцы с добавкой герметика «Акватрон-6»испытывались согласно ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» в возрасте 7, 14, 28 сут., выдержива­ясь в камере нормального твердения при температуре вохдуха 20±3С и относительной влажности 95±5.

 

2. Состав и свойства исходного низкомарочного бетона.

Для проведения испытаний на водонепроницаемость, морозостойкость и прочность были изготовлены ис­ходные и эталонные образцы из бетона марки M100F50W1-2.

Для приготовления бетона при проведении исследований были использованы материалы, доставленные в ОАО «НИИЭС» в октябре 2001 г. со строительства Богучанской ГЭС, а также песок Подмосковный.

Основные харктеристики материалов.

Цемент.

В качестве вяжущего был использован портландцемент Красноярского завода ПЦ500Д0.

Характеристика свойств цемента:

-Нормальная густота теста, НГ                                     — 23.4%

-Тонкость помола, удельная поверхность                 — 2700 см2

-Активность по экспресс-методу                    — 51.8 МПа

-Марка цемента                                                 — 500

Песок.

Использованный в исследованиях песок Подмосковный характеризовался следующими показателями:

-Объемная масса (средняя плотность)                      — 2.60 г/см3

-Объемная насыпная масса                                 — 1.56 кг/м3

-Пустотность                                                 — 40.0%

-Проба на окрашивание                                   — светлее цвета эталона

-Модуль крупности                                     — 2.45

Песок отвечает требованиям ГОСТ 26633-91 для тяжелого бетона.

Гравий.

Результаты физико-механических испытаний пробы гравия из ПГС карьера №12 со строительства Богу-чанской ГЭС, использованного при приготовлении бетона, приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Результаты физико-механических испытаний пробы гравия из ПГС карьера №12.

 

Показатели

Фр. 5-20 мм

Фр. 20-40 мм

Средняя плотность, г/см3

2.68

2.72

Водопоглащение, %

1.21

0.53

Содержание пылевато-глинистых частиц, %

0.13

0.20

Содержание игловатых и лещадных зерен, %

6.20

6.24

Марка по дробимости, кгс/см2

1000

1000

 

Гравий фракций 5-20 и 20-40 отвечает требованиям ГОСТ 26633-91 для тяжелого гидротехнического бето­на.

 

3. Исследование герметика «Акватрон-6» на сжатие (когезию) и адгезию к бетону.

3.1. Прочность на сжатие (когезионная прочность).

Испытания на прочность при сжатии проводились согласно ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определе­ния предела прочности при изгибе и сжатии» (см. рис. 3.2).

Результаты испытаний на прочность при сжатии приведены в таблице 3.1 и на рис. 3.1.

Физико-механические свойства растворных обрызцов-балочек (16х4х4 см), приготовленных из сухой смеси «Акватрон-6».

Таблица 3.1.

 

Вид испытания

Прочность на сжатие

 

Рост прочности во времени, МПа
3 сут.            7 сут.           14 сут.           28 сут.

10.2/0.24*)     20.0/0.48      31.6/0.75      35.8/0.85       42.0/1.0

 

Осредненные коэффициенты роста прочности при сжатии во времени, Rn/R28сж

Полученная смесь является литой, технологичной в работе, с низким водоотделением (менее 1%).

В результате испытаний установлено, что прочность на сжатие соответствует заявленной в Технических условиях, рост прочности при сжатии стабилен.

Таким образом, смесь «Акватрон-6» показала максимальную прочность на сжатие 42 МПа в 28 суток, при суточной прочности в 10- МПа.

Рис. 3.1. Изменение прочности при сжатии во времени герметика «Акватрон-6»

 

28   Возр., сут.

 

Rсж, МПа 40,0

30,0

20,0

10,0

 

3.2. Адгезионная прочность (сцепление со старым бетоном).

Испытания на адгезионную прочность герметика «Акватрон-6» проводились согласно ГОСТ 310.4-81 «Це­менты. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии» (см. рис 3.3). Результаты испытаний приведены в табл. 3.2. Таблица 3.2.

Вид испытания

Адгезионная прочность

Рост прочности во времени, МПа
1 сут.            3 сут.            7 сут.           14 сут.           28 сут.

0.9/0.21**)      1.8/0.43        2.8/0.67       3.7/0.9         4.2/1.0

 

**) Осредненные коэффициенты роста прочности на адгезионную прочность (растяжение при изгибе) во времени, Rn/R28изг

Результаты испытаний показали: высокую адгезию к «старому» бетону (раствору), которая составила 4.2 МПа к 28 суткам и 0.9 МПа в суточном возрасте, стабильный рост прочности; технологичность смеси при нане­сении ее на поверхность образцов (литая консистенция, сохраняемость во времени в течение 1 часа). Получен­ные свойства герметика позволяют рекомендовать данную смесь как ремонтную для бетонных и железобетон­ных конструкций гидротехнических сооружений.

Рис. 3.3. Изменение адгезионной прочности во времени герметика «Акватрон-6»

 

28   Возр., сут.

4. Исследование бетона с покрытием герметиком «Акватрон-6».

4.1. Состав и свойства низкомарочного бетона-эталона. Изготовление образцов с покрытием герметиком «Акватрон-6».

Бетонная смесь для изготовления образцов.

Для проведения испытаний на водонепроницаемость, морозостойкость и прочность были изготовлены ис­ходные и эталонные образцы из бетона марки M100F50W1-2.

Расчет состава бетона производился по методике, разработанной Отделом исследований строительных материалов НИС Гидропроекта.

Состав и свойства бетонной смеси см. в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Состав и свойства исходного бетона.

 

Расход материалов на 1 м3 бетона, кг

В/Ц

«r»

ОНК, см

Ж, сек

Рбет.см т/м3

Цемент

Песок

Гравий, фракции, мм

Вода

5-20

20-40

200

795

658

657

150

0.75

0.38

4÷5

7÷8

2.41

Примечания: В/Ц — вод»оцементное отношение;

«r» — оптимальное содержание песка в смеси заполнителей;

ОНК — осадка нормального конуса, характеристика подвижности смеси;

Ж — жесткость, характеристика удобоукладываемости смеси.

ρбет.см— средняя плотность бетонной смеси

Для приготовления бетонной смеси использовались цемент и гравий фракции 5-40 мм, доставленные со строительства Богучанской ГЭС в октябре 2001 г. и песок Подмосковного месторождения (свойства исходных материалов приведены выше).

Бетонная смесь подвижностью 4-6 см перемешивалась в бетономесителе лабораторном, роторном, типа ЛШМБ-70, со скоростью вращения вала 35 об/мин.

Было изготовлено 9 цилиндров размерами d=h=15 см, 6 призм 10х10х20 см, 21 куб 10х10х10 см.

Нанесение герметика «Акватрон-6» производилось после 28-ми суточного твердения исходных образцов в камере нормального твердения при температуре 18±2°С и влажности в помещении камеры 95±2% и 4-х суточном погружении в воду. В/Т ремонтной смеси, как уже было сказано выше, составляло 0.22. Покрытие проводилось в 2 приема, толщина слоя равнялась 1.5-2 мм, толщина слоя контролировалась опалубкой (для цилиндров) и штангенциркулем (для призм и кубов) (см. приложение 1). Цилиндры покрывались смесью «Акватрон-6» за 1 раз, кубы и призмы – за 2 раза (сначала 3 стороны, затем после схватывания раствора, с четвертой стороны).

Затем образцы помещали в камеру нормального твердения и выдерживали: образцы для испытаний на водонепроницаемость – 28 суток, для испытания на прочность – согласно установленным срокам.

 

4.2 Водонепроницаемость.

Испытания образцов с покрытием проводились в соответствии с ГОСТ 12730.5-84 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости».

Результаты испытаний приведены в таблице 4.2. Таблица 4.2.

Результаты испытания образцов бетона с покрытием смесью «Акватрон-6» на водонепроницаемость.

 

Наименование

Водонепроницаемость, W, ати, (возраст покрытия герметиком «Акватрон-6» 4 суток)

Водонепроницаемость, W, ати, (возраст покрытия герметиком «Акватрон-6» 28 суток)

Водопоглащение, W, % (возраст бетона 28 суток)

Образцы-эталон (без покрытия)

Образцы-эталон с покрытием смесью «Акватрон-6» на отрыв

Образцы-эталон с покрытием смесью «Акватрон-6» на прижим

W6

W≈1*

6.41 _12

*возраст бетона-эталона 110-120 суток.

Испытание образцов с покрытием «на прижим» проводилось в возрасте покрытия 4 суток (в соответствии с ТУ, см. приложение 1), а испытание «на отрыв» в возрасте покрытия 28 суток.

При испытании «на отрыв» при давлении в 4 ати произошла протечка (см. рис. 4.2), однако было решено продолжать опыт, вода была собрана фильтровальной бумагой и в дальнейшем образцы выдержали более 12 ати. Эффект проникающего действия материала в бетон при воздействии воды связан с возникновением новообразований при длительном воздействии воды. Продолжающиеся во времени процессы кольматации при первичной протечке связаны со способностью материала связывать продолжающую поступать воду.

Результаты испытаний показали, что водонепроницаемость бетона-эталона (W≈1 ати) после нанесения на него ремонтной гидроизоляционной смеси «Акватрон-6» повысилась до W≥12 ати при испытании «на отрыв» (28 сут.) и до W6 ати при испытании на прижим (4 суток).

 

4.3. Прочность бетона при сжатии.

Исследования влияния покрытия герметиком «Акватрон-6» на прочность бетона-эталона проводились по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», а также по методике, предложенной заказчиком (см. Приложение 1).

Образцы-кубы с покрытием испытывались в возрасте 35, 42, 63 суток, где возраст самого покрытия соответствовал 3, 7 и 28 суткам (см. рис. 4.3). Образцы-кубы бетона эталона (без покрытия) испытывались в возрасте 3, 7, 28, 35, 40, 60 суток.

Результаты испытаний показывают, что покрытие герметиком «Акватрон-6» не оказывает влияние на прочность исходного бетона. Происходит даже незначительное снижение прочности при сжатии, которое связано, скорее всего, с дефектами поверхности при покрытии смесью исходных образцов (неравномерное распределение нагрузки при испытании на прессе). В возрасте покрытия 28 суток прочность при сжатии образцов с покрытием составляет 11.0 МПа (возраст исходного бетона при этом составляет 56 суток), а без покрытия – 13.2 МПа.

Аналогичный эффект получается и с другими типами гидроизоляционных покрытий, в том числе проникающего действия. По-видимому, целесообразно изменить методику оценки прочностных свойств, направив ее на испытание поверхностной прочности образца.

 

5. Исследование бетона с добавкой герметика «Акватрон-6».

5.1. Состав и свойства бетона с добавкой герметика «Акватрон-6».

Известно, что гидротехнический бетон, к которому предъявляются требования водонепроницаемости, морозостойкости и атмосферостойкости, должен изготавливаться с применением специальных добавок: поверхностно-активных, пено- газо и микрогазообразующих, пластифицирующих, водоудерживающих, уплотняющих и др.

Пригодность и эффективность этих добавок определяется путем сопоставления показателей качества бетонной смеси и бетона с добавкой, взятой в оптимальном количестве, и контрольного состава без добавки.

В качестве добавки, предназначенной для улучшения свойств бетона, исследовалась сухая смесь «Акватрон-6» по ТУ 5745-080-07508005-2000, как водоостанавливающий, уплотняющий материал.

Герметик «Акватрон-6» является порошкообразной добавкой, близкой по показателям к цементу, и может быть отдозирована на весовых дозаторах цемента или сухих добавок на бетонных заводах без каких-либо технологических усложнений.

В качестве состава бетона без добавки был принят разработанный ранее состав исходного бетона марки М100F50W0-1, предназначенный для нанесенияпокрытия после его набора прочности. Добавка сухой смеси «Акватрон-6» вводилась в состав бетона в количестве 3% от массы всех компонентов контрольного состава (см. Приложение 1). Исходная бетонная смесь, характеризовавшаяся средней пластичностью ОНК=4-5 см, при введении добавки незначительно снизила подвижность на 1-2 см и увеличила жесткость на 1-2 сек.

5.2 Водонепроницаемость.

В таблице 5.1 приведены результаты испытаний бетона на водопоглощение и водонепроницаемость.

Таблица 5.1.

Водопоглощение и водонепроницаемость бетонов

 

Вид бетона

Водопоглащение, %, в возрасте 28 суток.

Водонепроницаемость, W, ати, в возрасте 110-120 суток.

Эталон

6.41

1.0

Эталон с добавкой «Акватрон-6»

5.98

2.0

Как видно из этих данных, величина водопоглощения бетона-эталона, которая определяется изменением массы водонасыщенного и высушенного при температуре 105÷110°С образца бетона (ГОСТ 12730.3-78), при введении добавки «Акватрон-6» снизилась незначительно, в то время, как водонепроницаемость выросла в 2 раза. Последнее свидетельствует об уменьшении количества сквозных пор и капилляров при введении добавки.

5.3. Морозостойкость бетона.

Для испытания на морозостойкость были изготовлены 2 серии основных образцов: для определения снижения прочности после 8 и 20 циклов попеременного замораживания и оттаивания, что соответствует марке F50 и F100 соответственно.

Для испытания образцов бетона с добавкой сухой смеси «Акватрон-6» был использован экспресс-метод, разработанный в Лаборатории исследования строительных материалов ОАО «НИИЭС» с использованием ультразвука по 1 циклу замораживания и оттаивания образцов бетона при температуре -50°С.

Результаты испытаний бетона на морозостойкость приведены в таблице 5.2.

Как видно из этих данных, введение добавки повысило морозостойкость, в среднем, на 1-2 марки.

5.4. Прочность при сжатии.

В таблице 5.3 и на рис. 5.1. приведены результаты определения прочности при сжатии в течение 3-28 суток. Как видно из этих данных, введение добавки увеличило прочность бетона на 50÷70%. Таблица 5.3.

в 10х10х10 см с добавкой сухой смеси «Акватрон-6»

-Образцы-эталон

-Образцы-эталон с добавкой сухой смеси «Акватрон-6»

Выводы.

1.  В результате проведенных исследований отработан метод испытаний гидроизоляционных и ремонтных покрытий на основе использования исходного недоуплотненного, низкомарочного гидротехнического бетона с показателями водонепроницаемости WO÷2 ати, морозостойкости F50, прочности М100.

2.  Исследования физико-механических свойств герметика «Акватрон-6» по отработанной методике и по стандартным методам ГОСТов показали пригодность его для ремонта недоуплотненного и разрушенного бетона по основным показателям: водонепроницаемость, адгезионная прочность, морозостойкость.

3.  Водонепроницаемость бетона с покрытием смесью «Акватрон-6» при испытании напором воды при испытании покрытия «на отрыв» в возрасте 28 сут. повысилась более, чем в 12 раз и достигла марки W12. Испытание покрытия на прижим, произведенное в раннем возрасте (4 суток) показало увеличение водонепроницаемости в 6 раз и достигла марки W6, что позволяет прогнозировать повышение этого показателя к 28 суткам более, чем W12.

4.  Прочность бетона при сжатии с покрытием смесью «Акватрон-6» при испытании образцов по ГОСТ 10180-90 на прессе не возросла по отношению к прочности бетона без покрытия. Дальнейшие прочностные испытания следует направить на определенные упрочнения поверхностной прочности бетона.

5.  Адгезионная прочность герметика «Акватрон-6» к «старому» бетону (раствору) в возрасте 28 сут. составила 4.2 МПа, при собственной прочности герметика «Акватрон-6» на сжатие Rсж28=42МПа.

 

6. В результате проведенных испытаний герметика «Акватрон-6» рекомендуется для гидроизоляции фильтрующих поверхностей гидротехнических сооружений, ка напорных граней, так и в нижнем бьефе с поднапорной стороны, с обеспечением высокой марки водонепроницаемости не менее W12.

7. На основании проведенных исследований установлена эффективность введения добавки сухой смеси «Акватрон-6» в количестве 3% от массы компонентов в низкомарочные бетоны с расходом цемента 200 кг/м3 и водоцементным отношением В/Ц=0.75.

8. Получен прирост прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток, который достиг 50÷60%. Прочность при сжатии в 28 сут. повысилась со 117 кгс/см2 до 179 кгс/см2. По этим данным добавка по классификации ГОСТ 24211-91 может быть отнесена к ускоряющим и повышающим прочность бетона.

9. Повысилась водонепроницаемость бетона: с W 0ч1 до W2, что характеризует добавку «Акватрон-6» как повышающую водонепроницаемость бетона.

 

10.  В меньшей степени влияние добавки проявилась в части морозостойкости бетона, что объясняется отсутствием воздухововлекающего эффекта и невысокой маркой бетона по прочности М200. В результате морозостойкость выросла не более, чем на 1-2 марки.

11.  Для получения более полных сведений о влиянии добавки «Акватрон-6» на физико-механические свойства бетона необходимо произвести исследования бетонных смесей с различными расходами цемента (кроме 200, еще 300÷400 кг/м3) при водоцементных отношениях в достаточно широком диапазоне (кроме В/Ц=0.75, при В/Ц=0.60 и 0.45) с определением оптимальной дозировки добавки. При этом можно рекомендовать провести сопоставление с другими добавками аналогичного действия.

КАКОЙ МАРКИ ЦЕМЕНТ? | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

Качество цемента определяют обычно методом разрушения образцов. Причем процесс этот длится от семи до двадцати восьми дней. Ускорить его решили юные техники из радиотехнического кружка Дома пионеров города Искитима Новосибирской области. «Задание нам дали в ВРИЗе цементного завода, — рассказал кружковец В. Зайцев. — Вместе с ребятами мы сконструировали и построили прибор (рис. 1), с помощью которого марку цемента можно определить практически мгновенно».

Работа устройства основана на явлении отражения лучей света от тел. Различный по качеству цемент имеет различную отражательную способность: например, цемент марки 200 — почти белый, а марки 1000 — черный. Таким образом, лаборант непосредственно на мельнице может дать сравнительную характеристику производимому материалу.

Датчик В1 (рис. 2) — селеновый фотоэлемент, в электрическую цепь которого включен микроамперметр РА1 на 50 мкА. Источник света — две параллельно включенные лампы на напряжение 2,5 В. Они питаются от четырех элементов «332» или от пятивольтового выпрямителя.

Рис. 1. Внешний вид прибора для определения марки цемента.

Рис. 2. Принципиальная схема прибора

В контейнер для исследуемых образцов цемента вставляют эталонную пластинку определенного цвета и с помощью реостата R3 устанавливают такой накал у ламп, чтобы стрелка прибора расположилась в середине красного сектора. Затем тумблер S2 переводят в положение «работа» и устанавливают стрелку в середине синего сектора.

Эталонную пластинку вынимают и заполняют контейнер цементом. Теперь в зависимости от марки материала стрелка прибора отклонится вправо или влево.

Рекомендуем почитать

  • ЗВОНЯТ, ОТКРОЙТЕ ДВЕРЬ!
    Когда квартира, дача или дом имеют два входа, не всегда ясно, откуда звонят. Электрозвонок, о котором рассказывает болгарский журнал «Радио Телевизия Електроника», избавит нас от этого…
  • ПЯТИУРОВНЕВЫЙ ВОЛЬТМЕТР
    На смену стрелочным индикаторам псе чаще приходят светодиодные. И в этом нет ничего удивительного: вторые намного удобнее и надежнее первых. Схема простого пятиуровневого НЧ вольтметра…

Российские ученые создали эталонный образец меди для контроля качества сырья — Новости Урала

ЕКАТЕРИНБУРГ, 9 октября. /ТАСС/. Эталонный образец меди для проведения контроля качества сырья разработали в научно-исследовательском институте «Уралмеханобр». Новый образец уже прошел аттестацию, сообщили в среду в пресс-службе Уральской горно-металлургической компании.

«Разработанный нами государственный стандартный образец (ГСО) нацелен на обеспечение точности результатов измерений и поддержание системы менеджмента качества аналитической лаборатории «Уралмеханобра» на высоком уровне. Производство стандартных образцов за счет своей уникальности значительно расширит круг наших заказчиков», — приводят в пресс-службе слова заместителя генерального директора по науке «Уралмеханобра» Виталия Закирничного.

Подобный концентрат получают на обогатительных фабриках, затем из сырья производят металлическую медь, извлекают полезные компоненты. Для оперативной оценки получаемых продуктов будет использован новый ГСО, который уже прошел аттестацию на соответствие ГОСТу, говорится в сообщении.

Разработка позволит производить контроль 13 компонентов в сырье. «Существующие на сегодняшний день ГСО, как правило, аттестованы только на 3-5 химических элементов», — уточняется в сообщении. Сотрудники «Уралмеханобр» приступили к разработке образцов состава железованадиевой руды и цемента.

«Мы постарались максимально аттестовать в стандартном образце компоненты, которые наиболее часто контролируются на предприятиях горнодобывающей промышленности. Теперь не нужно искать стандартные образцы для определения количества таких химических элементов, как сурьма, молибден, кадмий или мышьяк», — приводят в пресс-службе слова заведующей аналитической лабораторией «Уралмеханобр» Аллы Верхорубовой.

«УГМК-холдинг» управляет более чем 40 предприятиями различных отраслей промышленности в 14 регионах России и за рубежом. Компания является единственным российским производителем цинка, вторым по величине производителем меди, также выпускает стальной прокат, драгоценные металлы и добывает уголь.

Стандартные материалы

Мы можем предложить следующие стандартные образцы:

a) Контрольные цементы VDZ100a, VDZ200a и VDZ300a

Контрольные цементы VDZ100a (CEM I), VDZ200a (CEM II / BM (S-LL) и VDZ300a (CEM III / B) были охарактеризованы в ходе кругового испытания. Каждый из этих цементов может быть получен в единицах примерно 200 г. Это количество разделено на четыре контейнера, каждый из которых содержит примерно 50 г материала. вместе со средними значениями кругового теста, стандартными отклонениями воспроизводимости, а также погрешностями, полученными на их основе.Материалы могут использоваться, например, в лаборатории для калибровки или контроля качества. Справочные значения доступны для следующих методов:

  • Рентгенофлуоресцентный анализ в соответствии с DIN EN 196-2
  • Химический анализ влажных веществ в соответствии с DIN EN 196-2 (щелочи, сульфид, сульфат, хлорид)
  • Без содержание извести
  • Минеральные фазы на основе рентгеновской дифракции и уточнения по Ритвельду
  • Состав цемента в соответствии с CEN / TR 196-4
  • Микроэлементы
  • Гранулометрический состав
  • Площадь поверхности (Блейн)
  • Плотность
  • Тепло гидратации (7d) в соответствии с DIN EN 196-11

Здесь можно найти некоторые технические паспорта, содержащие подробную информацию.

b) Эталонные и контрольные цементы для определения водорастворимого хромата

Контрольный цемент VDZ400
Контрольный цемент VDZ400 был охарактеризован в ходе кругового испытания. Это портландцемент CEM I 42,5 R без добавления хроматного восстановителя. Упаковка такого цемента особенно важна для обеспечения стабильности эталонного значения. По этой причине материал герметично запечатывается отдельными порциями по 500 г в вакуумных пакетах, так что каждая единица обеспечивает достаточное количество материала для испытаний на стандартном растворе в соответствии с DIN EN 196-10.

  • Прибл. 0,3 ppm водорастворимого хромата в соответствии с DIN EN 196-10
  • Единица упаковки: 10 x 500 г (отдельные герметичные герметичные единицы)

Эталонный цемент VDZ410
Эталонный цемент VDZ410 был охарактеризован как круговой тест. Это портландцемент CEM I 52,5 N без добавления хроматного восстановителя. Упаковка такого цемента особенно важна для обеспечения стабильности эталонного значения. По этой причине материал герметично запечатывается отдельными порциями по 500 г в вакуумных пакетах, так что каждая единица обеспечивает достаточное количество материала для испытаний на стандартном растворе в соответствии с DIN EN 196-10.

  • Прибл. 6 частей на миллион водорастворимого хромата в соответствии с DIN EN 196-10
  • Единица упаковки: 10 x 500 г (отдельные герметичные герметичные единицы)

Тестовый цемент «Хромат» VDZ430 (например, для допуска хроматных редукторов)
Цемент для испытаний VDZ430 («Хромат») представляет собой портландцемент CEM I 52,5 N без добавления хроматного восстановителя. Содержание водорастворимого хромата значительно превышает 10 частей на миллион, что также позволяет использовать этот цемент для допуска хроматных восстановителей.

  • Единица упаковки: 1 x 5 кг (герметично закрытый вакуумный мешок)

c) Стандартный образец для определения хлора и теплотворной способности

Стандартный образец для определения хлора и теплотворной способности охарактеризован в совместный круговой тест совместно с Gütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe und Recyclingholz eV (BGS) 43 испытательными лабораториями. Материал представляет собой полимерный гранулят, в который гомогенно добавлено определенное количество хлора путем специального добавления ПВХ.

  • Содержание хлора прибл. 8 200 мг / кг в соответствии с DIN EN 14582, DIN EN 15408
  • Высшая теплотворная способность: прибл. 39 200 кДж / кг (в соответствии с DIN 51900, DIN EN 15400)
  • Единица упаковки: прибл. 180 г

d) Тестовый цемент ASR в соответствии с Руководством по щелочам

В соответствии с Руководством по щелочам Немецкого комитета по конструкционному бетону (DAfStb) испытательные органы должны использовать стандартный тестовый цемент ASR для определения щелочной реакционной способности агрегатов.Мы можем предоставить вам этот цемент с высоким содержанием щелочи, а также необходимую информацию о его свойствах. Это уменьшает различия между различными тестирующими органами.

Предложение составляющих материалов на основе реологического анализа

Материалы (Базель). 2018 Apr; 11 (4): 624.

Департамент техники безопасности, Университет Донгук — Кёнджу, 123 Dongdae-ro, Gyeongju 38066, Gyeongbuk, Korea; [email protected]

Поступило 21.03.2018 г .; Принято 16 апреля 2018 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария.Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Эта статья цитировалась другими статьями в PMC. .

Abstract

Целью данного исследования было разработать стандартный эталонный материал, который может моделировать характеристики текучести цементного теста. Для этого важно определить материалы, из которых состоит стандартный материал для цементного теста.Обычно цементное тесто представляет собой смесь цемента и воды. Чтобы определить материал, из которого состоит цементное тесто, его разделили на порошок, который может заменить цемент, и матричную жидкость. Используя концепцию реологии, которая позволяет количественно оценивать реологические свойства выбранных материалов при определенных условиях смешивания, эксперименты проводились поэтапно в соответствии с комбинацией состава материалов, стадией старения и типами материалов. В результате было определено, что порошок известняка является заменителем цемента, а глицерин и вода — заменителем матричной жидкости.После анализа совместимости с требуемыми свойствами стандартных материалов в виде твердых частиц было обнаружено, что окончательно выбранный стандартный эталонный материал удовлетворяет требуемым характеристикам.

Ключевые слова: стандартных эталонных материалов, характеристики текучести, цементная паста, реология, стандартные материалы в виде твердых частиц

1. Введение

Большинство мегаполисов сталкиваются с различными проблемами, такими как рост цен на землю, нехватка доступной земли и ограничения на горизонтальное использование земли.Соответственно, спрос на супербетонные конструкции постоянно растет, в результате чего возникло несколько высотных зданий и крупномасштабных сооружений [1,2]. С другой стороны, имея опыт строительства больших бетонных конструкций и хотя строительная отрасль была признана за выдающиеся строительные технологии и достижения, для возведения таких супербетонных конструкций по-прежнему необходимы более качественные строительные технологии. Такая строительная технология высокого стандарта также требует контроля свойств материала во время строительства, имея технологию количественной оценки строительного материала.Короче говоря, чтобы иметь возможность анализировать количественную технологию строительства, важно анализировать материалы количественно. Для этой цели важно разработать стандартный образец, который представляет согласованные характеристики, которые можно измерить количественно при любых условиях. Это позволяет обеспечить более экономичную и эффективную технологию строительства и объективно оценить качество строительства. Следовательно, существует потребность в разработке последовательного материала для контроля качества, основанного на количественной оценке характеристик текучести бетона, который называется стандартным справочным материалом [3,4,5,6,7].

Разработка стандартного справочного материала позволяет стабильно оценивать характеристики строительства, качество которых можно постоянно контролировать независимо от производственного процесса на стадии строительства или подрядчика. Кроме того, станет возможной калибровка различных реометров, которые уже были разработаны для количественного измерения условий потока и характеристик потока с абсолютными значениями, а не только для проверки первоначальной оценки характеристик потока на основе относительного сравнения.В конечном итоге характеристики на этапах первоначального бетонного строительства могут быть оценены количественно, что делает возможными научную оценку эффективности перед строительством и использование стандартных справочных материалов. Кроме того, стандартный эталонный материал также может использоваться в различных областях, включая использование в качестве образца для рециркуляции при испытаниях насосных контуров, которые исследуют производительность насоса, стандартный эталонный образец для оценки испытания цикла замены для оценки деградации насосного оборудования, и стандартный образец для контроля качества в области передовых технологий, таких как цифровая 3D-печать.С другой стороны, бетон — это многокомпонентный материал, который содержит частицы самых разных размеров, от мельчайших частиц, таких как цемент, до крупных частиц диаметром в десятки миллиметров [5,6]. Поэтому активно ведется разработка стандартных стандартных образцов для количественной оценки вяжущих материалов и замена исходных характеристик текучести цементного теста, но нет четкого определения стандартных стандартных образцов [7,8,9,10 ].Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы на основе концепции реологии, которая позволяет оценить свойства текучести, для определения стандарта справочный материал. Для разработки стандартных эталонных материалов для цементного теста необходимо изучить свойства, требуемые для многокомпонентных стандартных эталонных материалов, включая частицы. В настоящее время предлагаются следующие требования к стандартному эталонному материалу с фазой частиц: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама при широкой деформации сдвига; (3) отсутствие изменений реологических или химических свойств между жидкостью и частицами в течение длительного периода времени; (4) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (5) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис) [7].В этом исследовании было изучено несколько пробных материалов для стандартных эталонных материалов для цементного теста и проанализированы их реологические свойства при определенных условиях перемешивания. В этом документе описывается результат оценки материалов, которые соответствуют свойствам, требуемым стандартным эталонным материалом для фаз частиц. Основываясь на результатах этого исследования, наряду с калибровочными материалами для различных систем измерения реометра, исследования стандартного эталонного материала следует постепенно расширять от мельчайших частиц до мелких агрегатов, а затем и до крупных агрегатов, включая стандартный эталонный материал для раствор до материала для бетона [11,12,13].

2. План и методика экспериментов

2.1. План экспериментов

Как правило, цементный порошок и матричная жидкость для цементного теста могут рассматриваться как два типичных компонента. Необходимо тщательно изучить характеристики текучести порошка, который может заменить цемент в виде смеси, а также матричной жидкости в виде смеси цемента и воды. перечисляет составляющие материалы, использованные в этом исследовании. Порошок известняка, доменный шлак, порошок кремнезема и мета-каолин, которые мало реагировали на влажные условия и чей средний диаметр зерна подобен диаметру зерна цемента, были выбраны в качестве предварительной замены цементного порошка.перечисляет составные части каждого материала [14,15,16,17]. Кроме того, кукурузный сироп и глицерин, которые обладают свойствами, аналогичными характеристикам текучести матрицы цементной пасты, а также химической стабильностью, показывающей постоянную вязкость со временем, были выбраны в качестве предварительной замены матричной жидкости [18,19]. перечисляет химический состав глицерина. Использовали кукурузный сироп, содержащий 100% натуральный чистый кукурузный крахмал. Как указано в, эксперимент проводился поэтапно.После обзора требуемых свойств стандартных стандартных материалов были выбраны предварительные материалы для стандартных материалов, и затем был исследован реологический анализ, включающий комбинации композиций, исходные условия смеси и типы материалов. В конце, материалы, выбранные для стандартных стандартных образцов, были оценены на основе требований стандартов для твердых частиц. Смесь была приготовлена ​​путем смешивания глицерина или кукурузного сиропа, выбранного в качестве матричной жидкости для каждого из порошков известняка, доменного шлака, порошка кремнезема и метакаолина.

Таблица 1

Предварительная замена стандартных стандартных образцов (SRM) материалами.

901 Мета-каолин
Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
Порошок известняка Кукурузный сироп
Глицерин
Порошок кремнезема

Таблица 2

Анализ составляющих компонентов цементозамещающих материалов.

Заменитель цемента Состав (%)
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 12 MO Ca 3 9017 2 O Na 2 O SO 3 TiO 2
Порошок известняка 0,30 0,10 0.02 0,20 99,30
Доменный шлак 34,69 14,31 0,50 3,93 41,95 2,61
Порошок кремнезема 99,50 0,40 0,05 0,02 0,02 0,02 0,02 0.05
Мета-каолин 53 44 0,25 0,22 0,40 0,23

Таблица 3

Анализ компонентов глицерина.

Acid
Заменитель жидкости Matrix Компонент (%)
Состав NH 4 SO 4 As Fe Acid Acid Acid Acid 9012 Сульфат
Глицерин 99.0 0,005 0,002 0,0002 0,0003 0,0004 0,005 0,2 0,015

Таблица 4

SRM Этапы разработки.

Шаг Содержание
1 Шаг Пересмотреть требования стандартов по твердым частицам
2 Шаг Выбор предварительных материалов
3 Шаг · Комбинация композиций
· Анализ исходной смеси
· Анализ по времени
· Анализ по типу (размер и содержание частиц)
4 Шаг Окончательная проверка компонентов SRM

2.2. Метод эксперимента

Для этого исследования реологический эксперимент, который может оценить начальные характеристики потока, был проведен в первую очередь для изучения свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Ингредиенты смешивали в четыре этапа, продолжительностью 120 с (15 с, 15 с, 30 с и 60 с) с использованием высокоскоростного миксера. В конце каждого этапа ингредиенты замешивались для равномерного смешивания ингредиентов. Реологические свойства были протестированы при постоянной температуре (20 ° C) и времени с использованием реометра Anton Paar ().Как правило, реология определяется соотношением между напряжением сдвига и скоростью сдвига, которые влияют на материалы. В этом исследовании использовалась модель Бингема, приведенная в уравнении (1), для определения пластической вязкости и предела текучести. В этом методе пластическая вязкость определяется наклоном напряжения сдвига, скоростью сдвига и пределом текучести в виде точки пересечения оси y, которая определяется с помощью регрессионного анализа.

где τ , η , γ˙ и τ 0 — напряжение сдвига, пластическая вязкость, скорость сдвига и предел текучести, соответственно.Перед началом эксперимента образцы вращали в течение 60 с со скоростью сдвига 50 с -1 для гомогенизации всех ингредиентов, а затем им давали 10-секундный отдых для достижения равновесия. Скорость сдвига была увеличена с 0,1 с -1 до 40 с -1 , а затем уменьшилась до 0,1 с -1 , а на восходящей и нисходящей кривой сопротивление сдвигу, приложенное к шпинделю, было разделено на скорость вращения. на 10 фаз. Зубчатый шпиндель диаметром 50 мм использовался для предотвращения отделения и скольжения ингредиентов [20,21,22].

3. Результат и анализ

3.1. Реологический анализ в соответствии с Системой составления компонентов

Сначала была проанализирована роль каждого вещества заменителя цемента и заменителя матричной жидкости, чтобы определить состав смеси компонентов стандартного эталонного материала, состоящего из частиц и фаз, который должен быть разработан. Первый вопрос, который необходимо изучить в отношении составляющего состава, заключается в том, следует ли сделать ингредиентный состав для определения стандартного эталонного материала двухкомпонентной системой композиции или системой трехкомпонентной композиции.Для этого обзора были исследованы три комбинации, перечисленные в. Здесь вместо цемента использовался известняковый порошок. Порошок известняка считался наиболее стабильным на протяжении всего процесса эксперимента и имел низкий уровень реакции на влагу. Кроме того, поскольку кукурузный сироп содержит воду, для повышения точности эксперимента использовали глицерин, который не содержит воды и позволяет относительно легче контролировать пропорцию композиции. представляет результаты анализа реологии для каждой комбинации.Двухкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка и глицерина не анализировалась в эксперименте, поскольку она превышала допустимый крутящий момент реометра, поэтому она была исключена из результатов эксперимента.

Реология компонентной системы. ( a ) Порошок известняка + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Таблица 5

Система компонентов для SRM.

Состав Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
2-компонентная система Порошок известняка Дистиллированная вода
Порошок известняка Глицерин
Трехкомпонентная система Порошок известняка Глицерин Дистиллированная вода

На основе реологического эксперимента для каждой из компонентных систем была проанализирована их совместимость со свойствами, требуемыми для стандартного эталонного материала по фазе частиц.Как показано на, двусторонний нелинейный отклик (гистерезис) был обнаружен в двухкомпонентной комбинированной системе известнякового порошка и воды. С другой стороны, трехкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка, глицерина и воды удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с частицами фаз, без какого-либо разделения материалов или гистерезиса. Это указывает на то, что использование матричной жидкости (глицерина) играет важную роль в предотвращении разделения материалов и двустороннего линейного отклика.Следовательно, трехкомпонентная система композиций необходима для разработки стандартного эталонного материала по фазе частиц.

3.2. Реологический анализ на ранней стадии старения

Характеристики текучести на ранней стадии старения были проанализированы путем смешивания каждого из выбранных материалов в определенных пропорциях. Целью этого анализа было оценить совместимость с четырьмя необходимыми свойствами: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама в пределах широкой деформации сдвига; (3) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (4) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис).показаны результаты эксперимента для каждой композиции. Разжижение при сдвиге, которое относится к снижению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, произошло для всех композиций глицерина и кукурузного сиропа в случае метакаолина [23,24,25]. Напротив, для порошка диоксида кремния явление загустения при сдвиге, которое относится к увеличению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, наблюдалось во всех композициях, показывая очень низкий выход [26,27,28]. Для известнякового порошка и доменного шлака линейная реакция Бингема наблюдалась во всем диапазоне деформаций сдвига всех композиций кукурузного сиропа и глицерина.Совместимость каждой композиции на ранних стадиях старения может быть определена с учетом четырех требований к стандартному эталонному материалу по фазе частиц, как показано на. По результатам выяснилось, что известняковый порошок и доменный шлак являются пробными заменителями цемента, которые удовлетворяют всем требованиям.

Реология для всех комбинаций. ( a ) Доменный шлак + глицерин + вода; ( b ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; ( c ) Мета-каолин + Глицерин + Вода; ( d ) Мета-каолин + кукурузный сироп + вода; ( e ) Порошок кремнезема + глицерин + вода; ( f ) Порошок кремнезема + кукурузный сироп + вода; ( г ) Порошок известняка + глицерин + вода; ( h ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода.

Таблица 6

Оценка требуемых реологических свойств для всех комбинаций.

Позиция Разделительное сопротивление Линейность Значение текучести Гистерезис
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O 1 O O O
Глицерин O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O
Глицерин O O O O
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X 2 X O
Глицерин O X X O
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O
Глицерин O X O O

3.3. Анализ времени истечения

3.3.1. Оценка заменителя цемента

Реологический анализ времени был проведен для оценки изменений реологических и химических свойств за более длительный период, помимо свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Это важный фактор, позволяющий оценить свойства стандартного эталонного материала, который показывает постоянную производительность потока независимо от времени. Для проведения реологического анализа с течением времени и наблюдения за изменениями химических свойств после смешивания каждого материала были изготовлены образцы, которые были запечатаны и хранились при комнатной температуре.Сначала был проведен реологический анализ для комбинаций известнякового порошка и доменного шлака, выбранных из первоначального анализа характеристик потока при старении с течением времени сразу после смешивания на третий день, а затем на пятый день, как показано на и. Для всех экспериментов образцы анализировали после повторного перемешивания с использованием высокоскоростного миксера. Было изготовлено несколько образцов, чтобы минимизировать изменение пропорции смешивания.

Реология за истекшее время (корпус доменного шлака). ( a ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; (b ) Доменный шлак + Глицерин + Вода.

Реология за истекшее время (ящик для известнякового порошка). ( a ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Обычно в случае доменного шлака он известен как материал с потенциальными гидравлическими свойствами и, как известно, проявляет гидравлические свойства в присутствии щелочной среды и сосуществует с цементом. Исходя из этих характеристик, доменный шлак был выбран в качестве заменителя цементного порошка.В результате реологического анализа с течением времени пластическая вязкость на третьи сутки была в 3 раза выше, чем в первые сутки в комбинации с кукурузным сиропом. Также на пятый день шлаковая смесь доменного шлака затвердела, и измерения были невозможны. Также было обнаружено, что глицерин со временем имеет более высокую пластическую вязкость. Другими словами, доменный шлак был признан имеющим химическую реакцию из-за его скрытых гидравлических характеристик с течением времени и был исключен из кандидатов на замену цементному порошку [29,30,31,32].С другой стороны, порошок известняка продемонстрировал постоянные реологические свойства независимо от времени, как в смеси с кукурузным сиропом, так и с глицерином. Порошок известняка был в конечном итоге выбран в качестве заменителя цемента на основании результатов анализа реологических и химических свойств в течение длительного периода времени.

3.3.2. Оценка на Matrix Fluid

Изменения в образце, полученном для анализа химических свойств в соответствии с типом матричной жидкости (кукурузный сироп, глицерин), наблюдались с использованием известнякового порошка, выбранного заменителя цемента, который со временем показал постоянные реологические свойства.Как показано на фиг. И, смесь с матричной жидкостью кукурузного сиропа начала проявлять химическую реакцию примерно через две недели после смешивания. На 30-й день на поверхности образца наблюдали обесцвечивание из-за образования плесени и других факторов. С другой стороны, образец, смешанный с глицерином, не показал изменения химических свойств в течение 30 дней, и исходные условия текучести были воспроизведены путем повторного перемешивания. На основании этих результатов были оценены свойства, требуемые для стандартного эталонного материала с фазой частиц, как указано в.На основании приведенных выше результатов, когда были оценены требуемые свойства стандартного эталонного материала в виде частиц, в случае порошка известняка произошла химическая реакция в комбинации с кукурузным сиропом, но все требуемые характеристики были удовлетворены в комбинации с глицерином. Доменный шлак вступает в химическую реакцию во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин. Порошок диоксида кремния не демонстрировал линейную реакцию Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и имели место низкий предел текучести и химическая реакция.Мета-каолин также не показал линейной реакции Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и химическая реакция произошла в сочетании с кукурузным сиропом, как указано в. Основываясь на результатах анализа реологических и химических свойств, в конечном итоге в качестве заменителя матричной жидкости был выбран глицерин.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + глицерин + вода). ( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + кукурузный сироп + вода).( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Таблица 7

Оценка соответствия для всех комбинаций.

Позиция Сопротивление разделению Линейность Значение текучести Гистерезис Химическая стабильность
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O X
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X X O X
Глицерин O X X O X
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O X
Глицерин O X O O O

Таблица 8

Эксперимент для различных типов известняка и глицерина.

90,1574. Анализ выбранных составляющих материалов по разным типам

Комбинация известнякового порошка, глицерина и воды оказалась наиболее подходящей для свойств, требуемых для стандартного эталонного материала по фазе частиц цементного теста. Стандартный эталонный материал для фаз частиц, который должен быть разработан, должен иметь постоянные характеристики текучести в пределах диапазона погрешности, и для этой цели необходимо учитывать размер частиц известнякового порошка и сорт глицерина.Для всех вышеупомянутых экспериментов использовали глицерин сорта Extra Pure (EP) и порошок известняка с диаметром зерна 20 мкм. В настоящее время на заводах производятся три типа известнякового порошка с размером частиц 1 мкм, 10 мкм и 20 мкм, в то время как глицерин производится двух марок: сорт особо чистого (EP) и сорт гарантированного реагента (GR). Кроме того, реологический анализ был проведен в соответствии с размером частиц порошка известняка (1 мкм, 10 мкм и 20 мкм) и качеством глицерина (EP и GR), как показано на, для определения изменений в характеристиках текучести каждого тип.Для сравнения с другими экспериментами для анализа использовали глицерин марки EP в соответствии с размером частиц порошка известняка, а порошок известняка с диаметром частиц 20 мкм использовали для эксперимента по степени чистоты глицерина. Результаты показаны в и. В эксперименте в соответствии с размером частиц порошка известняка размер частиц 1 мкм показал явление утолщения при сдвиге, выражающееся в увеличении пластической вязкости с увеличением скорости сдвига. Эти результаты предполагают, что чем меньше размер частиц, т.е.е., чем выше концентрация, тем больше возникает утолщение при сдвиге. Считается, что чем меньше размер частиц, тем выше пластическая вязкость из-за увеличения площади межфазного трения [10]. Для известнякового порошка с размером частиц 10 мкм и 20 мкм все требования к стандартному эталонному материалу с частицами фаз были удовлетворены, но пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц, что объяснялось увеличением площади трения между частицами при уменьшении размера частиц. [7].Пластическая вязкость для GR была немного выше, чем для EP в эксперименте с использованием глицерина разных сортов, но оба типа глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. В целом, при рассмотрении среднего размера частиц цемента, результаты рекомендуют использование известнякового порошка с размером частиц 20 мкм и любой марки глицерина.

Реология для различных размеров порошка известняка.

Реология для различных марок глицерина (EP и GR).

4. Выводы

Это исследование было направлено на разработку стандартного эталонного материала по фазе частиц, который может имитировать текучесть цементного теста, самого основного компонента бетона. Три компонента, заменитель цемента, заменитель матричной жидкости и вода, были выбраны для состава стандартного эталонного материала, который будет разработан. Учитывая их физико-химические свойства, в качестве заменителей цемента были выбраны известняковый порошок, доменный шлак, метакаолин и кремнеземный порошок, которые практически не вступают в реакцию с водой.Кукурузный сироп и глицерин, которые имеют постоянную во времени вязкость и химическую стабильность, были выбраны в качестве матричных жидкостей. В эксперименте и анализе совместимость со свойствами, необходимыми для стандартного эталонного материала с частицами фаз, с учетом систем состава смеси (двухкомпонентная система, трехкомпонентная система), стадии старения, истечения времени и типов материалов (размеры частиц и марок) был проанализирован для получения окончательного состава стандартного эталонного материала для цементного теста.Результаты можно резюмировать следующим образом:

  • (1)

    При реологическом анализе двухкомпонентной композиционной системы с известняковым порошком и водой наблюдалась двусторонняя нелинейная реакция. С другой стороны, трехкомпонентная композиционная система с известняковым порошком, глицерином и водой удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. Таким образом, трехкомпонентный состав был признан подходящим в качестве стандартного эталонного материала для цементного теста.

  • (2)

    При реологическом анализе начальных стадий старения каждой смеси заменителя цемента, разжижение при сдвиге происходило для метакаолина, а утолщение при сдвиге происходило для порошка кремнезема. Было обнаружено, что и известняковый порошок, и доменный шлак удовлетворяют требованиям для начальной стадии старения стандартного эталонного материала с частицами фазы.

  • (3)

    Проанализированы изменения текучести и химических свойств во времени.Пластическая вязкость доменного шлака со временем увеличивалась, и во всех образцах сохранялась прочность. Однако стабильные характеристики текучести и химические свойства с течением времени были получены с порошком известняка, который удовлетворял всем свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с частицами.

  • (4)

    В образце, смешанном с матричной жидкостью кукурузного сиропа, произошла химическая реакция, включая образование плесени и обесцвечивание. Образец, смешанный с глицерином, со временем показал химическую стабильность.

  • (5)

    Реологический анализ был проведен для изучения изменений характеристик текучести в зависимости от размера частиц известнякового порошка и марок глицерина. Результат показал, что пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц известнякового порошка, и все его образцы, за исключением образца с размером частиц 1 мкм, соответствовали свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Все марки глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартным эталонным материалам с частицами фаз.

  • (6)

    Был исследован состав стандартного эталонного материала для цементного теста, основного компонента бетона, и была обнаружена комбинация известнякового порошка в качестве заменителя цемента, глицерина в качестве заменителя матричной жидкости и воды. быть наиболее подходящим. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы предложить составные части стандартных эталонных материалов раствора и бетона на основе комбинации смесей, предложенной в этом исследовании.

Благодарности

Это исследование было поддержано Исследовательским фондом Университета Донгук в 2015 году.

Вклад авторов

Дон Гю Ли провел все эксперименты, проанализировал данные и написал рукопись. Мён Сон Чой был главным исследователем и руководил всей работой.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Гу Х.С., Ли Г.К., Сун Х.Й. Сравнительное исследование методов оценки реологических свойств цементной пасты. J. Korea Inst. Строить. Констр. 2006; 21: 75–82.[Google Scholar] 2. Хван Х.Дж., Ли С.Х., Ли В.Дж. Влияние гранулометрического состава вяжущего на реологические свойства шлакоцементных паст. J. Korea Ceram. Soc. 2007; 44: 6–11. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.1.006. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Папо А., Пиани Л. Влияние различных суперпластификаторов на реологические свойства портландцементных паст. Джем. Concr. Res. 2004; 34: 2097–2101. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2004.03.017. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Феррарис К.Ф., Обла Х.К., Рассел Х.Влияние минеральных добавок на реологию цементной пасты и бетона. Джем. Concr. Res. 2001; 31: 245–255. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00454-3. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Хироши М., Ясуо Т. Современное состояние анализа потока свежего бетона. J. Korea Concr. Inst. 1995; 7: 23–32. [Google Scholar] 6. Nehdi M., Mindess S., Aitcin P.C. Реология бетона с высокими эксплуатационными характеристиками: влияние ультрамелких частиц. Джем. Concr. Res. 1998. 28: 687–697. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (98) 00022-2. [CrossRef] [Google Scholar] 7.Феррарис К.Ф., Штутцман П.Е., Гатри В.Ф., Винпиглер Дж. Сертификация SRM 2492: смесь пасты Бингема для реологических измерений. Национальный институт стандартов и технологий; Гейтерсбург, Мэриленд, США: 2012. SP-260-174_Rev. [Google Scholar] 8. Миканович Н., Хаят К., Пейдж М., Джоликер К. Водные дисперсии CaCO 3 в качестве эталонных систем для вяжущих материалов раннего возраста. Colloids Surf. Physicochem. Англ. Asp. 2006; 291: 202–211. DOI: 10.1016 / j.colsurfa.2006.06.042. [CrossRef] [Google Scholar] 9.Миканович Н., Жоликер К., Хаят К., Пейдж М. Модельные системы для исследования стабильности и реологических свойств материалов на цементной основе; Материалы 8-й Международной конференции CANMET / ACI по последним достижениям в технологии бетона; Монреаль, Квебек, Канада. 31 мая — 3 июня 2006 г .; Фармингтон-Хиллз, Мичиган, США: Американский институт бетона; 2006. С. 267–304. [Google Scholar] 10. Хе М., Ван Ю., Форссберг Э. Параметр изучает реологию известняковых шламов. Int. Дж. Майнер. Процесс. 2006; 78: 63–77.DOI: 10.1016 / j.minpro.2005.07.006. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Саак А.В., Дженнинг Х.М., Шах С.П. Влияние скольжения стенки на предел текучести и вязкоупругие измерения цементного теста. Джем. Concr. Res. 2001. 31: 205–212. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00440-3. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Феррарис К.Ф., Гейкер М., Мартис Н.С., Муццатти Н. Калибровка реометра с параллельными пластинами с использованием моделирования Больцмана на основе масла и решетки. J. Adv. Concr. Technol. 2007; 5: 363–371. DOI: 10.3151 / jact.5.363. [CrossRef] [Google Scholar] 13.Феррарис К.Ф., Ли З., Чжан М.Х., Штутцман П. Разработка стандартных образцов для калибровки реометра с цементной пастой. ASTM-Adv. Civ. Англ. Матер. 2013; 2: 140–162. DOI: 10.1520 / ACEM20120003. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ю C.D., Byun S.H., Song J.T. Реологические свойства цементной пасты, содержащей сверхмелкозернистый доменный шлак. J. Korea Ceram. Soc. 2007. 44: 430–436. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.8.430. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Ли С.Х., Пак Дж. С., Ли Дж. И., Чо Дж. У. Влияние порошка известняка на текучесть обычной портландцементной пасты.J. Korea Ceram. Soc. 2013; 50: 149–156. DOI: 10.4191 / kcers.2013.50.2.149. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Song J.T., Choi H.Y. Реологические свойства цементных паст, содержащих метакаолин. J. Korea Ceram. Soc. 2003. 40: 1229–1234. [Google Scholar] 17. Ли З., Дин З. Улучшение свойств портландцемента за счет добавления метакаолина и шлака. J. Cem. Concr. Res. 2002. 33: 579–584. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (02) 01025-6. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Haynes W.M., Lide D.R., Bruno T.J. CRC Справочник по химии и физике.CRC Press; Бока-Ратон, Флорида, США: Taylor & Franics Group; Оксфордшир, Великобритания: 2014. [Google Scholar] 20. Коллиер А.А., Клегг Д.В. Реологические измерения. Чепмен и Холл; Лондон, Великобритания: 1998. [Google Scholar] 21. Дэвис Г.А., Стокс Дж.Р.Об ошибке зазора при реометрии параллельных пластин, которая возникает из-за наличия воздуха при обнулении зазора. J. Rheol. 2005; 49: 919–922. DOI: 10.1122 / 1.1942501. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Свейнделлс Дж. Ф., Харди Р. С., Коттингтон Р. Л. Точные измерения с помощью вискозиметров Бингема и вискозиметров Cannon Master.J. Res. Natl. Inst. Стоять. Technol. 1954. 52: 105–115. DOI: 10.6028 / jres.052.016. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Кросс М. Связь между вязкоупругостью и разжижением при сдвиге в жидкостях. J. Rheol. Acta. 1979; 18: 609–614. DOI: 10.1007 / BF01520357. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Послински А.Дж., Райан М.Э., Гупта Р.К. Реологическое поведение наполненных полимерных систем 1. Предел текучести и эффекты разжижения при сдвиге. J. Rheol. 1988. 32: 703–735. DOI: 10,1122 / 1,549987. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Дэтт С., Эльфринг Дж. Дж. Динамика и реология частиц в жидкостях, разжижающих сдвиг. Дж. Нон-Ньютон. Жидкий мех. 2018 doi: 10.1016 / j.jnnfm.2018.03.016. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Фолл А., Бертран Ф., Оварлес Г., Бонн Д. Сгущение суспензий кукурузного крахмала за счет сдвига. J. Rheol. 2012; 56: 575–591. DOI: 10,1122 / 1,3696875. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Динг Дж., Тараси П., Ли В., Пэн Г., Уиттен П.Г., Уоллес Г.Г. Обзор загущающей жидкости и ее применения. Текст. Light Ind. Sci. Technol. 2013; 2: 161–173.[Google Scholar] 28. Khandavalli S., Rothstein J.P. Расширяющаяся реология загустевших при сдвиге наночастиц коллоидального диоксида кремния, диспергированных в водном растворе полиэтиленоксида. J. Rheol. 2014. 58: 411–431. DOI: 10.1122 / 1.4864620. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Колани Б., Лакаррьер Л.Б., Селье А., Эскадейлас Г., Бутильон Л., Лингер Л. Гидратация цементов с шлаковой смесью. Джем. Concr. Compos. 2012; 34: 1009–1018. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2012.05.007. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Vlcek J., Tomkova V., Ovcacikova H., Овчачик Ф., Топинкова М., Матейка В. Шлаки сталеплавильного производства: свойства и их использование. J. Metalurgija. 2013; 3: 329–333. [Google Scholar] 31. Курунис С., Цивилис С., Цакиридис П.Э., Пападимитриу Г.Д., Цибуки З. Свойства и гидратация цементных смесей со сталеплавильным шлаком. J. Cem. Concr. Res. 2007; 37: 815–822. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2007.03.008. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Пал С.С., Мукерджи А., Патак С.Р. Исследование гидравлической активности измельченного доменного гранулированного шлака в бетоне.J. Cem. Concr. Res. 2003. 33: 1481–1486. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (03) 00062-0. [CrossRef] [Google Scholar]

Предложение составляющих материалов на основе реологического анализа

материалов (Базель). 2018 Apr; 11 (4): 624.

Департамент техники безопасности, Университет Донгук — Кёнджу, 123 Dongdae-ro, Gyeongju 38066, Gyeongbuk, Korea; [email protected]

Поступило 21.03.2018 г .; Принято 16 апреля 2018 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /). Эту статью цитировали в других статьях в PMC.

Abstract

Целью данного исследования было разработать стандартный эталонный материал, который может моделировать характеристики текучести цементного теста. Для этого важно определить материалы, из которых состоит стандартный материал для цементного теста. Обычно цементное тесто представляет собой смесь цемента и воды. Чтобы определить материал, из которого состоит цементное тесто, его разделили на порошок, который может заменить цемент, и матричную жидкость.Используя концепцию реологии, которая позволяет количественно оценивать реологические свойства выбранных материалов при определенных условиях смешивания, эксперименты проводились поэтапно в соответствии с комбинацией состава материалов, стадией старения и типами материалов. В результате было определено, что порошок известняка является заменителем цемента, а глицерин и вода — заменителем матричной жидкости. После анализа совместимости с требуемыми свойствами стандартных материалов в виде твердых частиц было обнаружено, что окончательно выбранный стандартный эталонный материал удовлетворяет требуемым характеристикам.

Ключевые слова: стандартных эталонных материалов, характеристики текучести, цементная паста, реология, стандартные материалы в виде твердых частиц

1. Введение

Большинство мегаполисов сталкиваются с различными проблемами, такими как рост цен на землю, нехватка доступной земли и ограничения на горизонтальное использование земли. Соответственно, спрос на супербетонные конструкции постоянно растет, в результате чего возникло несколько высотных зданий и крупномасштабных сооружений [1,2]. С другой стороны, имея опыт строительства больших бетонных конструкций и хотя строительная отрасль была признана за выдающиеся строительные технологии и достижения, для возведения таких супербетонных конструкций по-прежнему необходимы более качественные строительные технологии.Такая строительная технология высокого стандарта также требует контроля свойств материала во время строительства, имея технологию количественной оценки строительного материала. Короче говоря, чтобы иметь возможность анализировать количественную технологию строительства, важно анализировать материалы количественно. Для этой цели важно разработать стандартный образец, который представляет согласованные характеристики, которые можно измерить количественно при любых условиях. Это позволяет обеспечить более экономичную и эффективную технологию строительства и объективно оценить качество строительства.Следовательно, существует потребность в разработке последовательного материала для контроля качества, основанного на количественной оценке характеристик текучести бетона, который называется стандартным справочным материалом [3,4,5,6,7].

Разработка стандартного справочного материала позволяет стабильно оценивать характеристики строительства, качество которых можно постоянно контролировать независимо от производственного процесса на стадии строительства или подрядчика. Кроме того, станет возможной калибровка различных реометров, которые уже были разработаны для количественного измерения условий потока и характеристик потока с абсолютными значениями, а не только для проверки первоначальной оценки характеристик потока на основе относительного сравнения.В конечном итоге характеристики на этапах первоначального бетонного строительства могут быть оценены количественно, что делает возможными научную оценку эффективности перед строительством и использование стандартных справочных материалов. Кроме того, стандартный эталонный материал также может использоваться в различных областях, включая использование в качестве образца для рециркуляции при испытаниях насосных контуров, которые исследуют производительность насоса, стандартный эталонный образец для оценки испытания цикла замены для оценки деградации насосного оборудования, и стандартный образец для контроля качества в области передовых технологий, таких как цифровая 3D-печать.С другой стороны, бетон — это многокомпонентный материал, который содержит частицы самых разных размеров, от мельчайших частиц, таких как цемент, до крупных частиц диаметром в десятки миллиметров [5,6]. Поэтому активно ведется разработка стандартных стандартных образцов для количественной оценки вяжущих материалов и замена исходных характеристик текучести цементного теста, но нет четкого определения стандартных стандартных образцов [7,8,9,10 ].Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы на основе концепции реологии, которая позволяет оценить свойства текучести, для определения стандарта справочный материал. Для разработки стандартных эталонных материалов для цементного теста необходимо изучить свойства, требуемые для многокомпонентных стандартных эталонных материалов, включая частицы. В настоящее время предлагаются следующие требования к стандартному эталонному материалу с фазой частиц: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама при широкой деформации сдвига; (3) отсутствие изменений реологических или химических свойств между жидкостью и частицами в течение длительного периода времени; (4) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (5) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис) [7].В этом исследовании было изучено несколько пробных материалов для стандартных эталонных материалов для цементного теста и проанализированы их реологические свойства при определенных условиях перемешивания. В этом документе описывается результат оценки материалов, которые соответствуют свойствам, требуемым стандартным эталонным материалом для фаз частиц. Основываясь на результатах этого исследования, наряду с калибровочными материалами для различных систем измерения реометра, исследования стандартного эталонного материала следует постепенно расширять от мельчайших частиц до мелких агрегатов, а затем и до крупных агрегатов, включая стандартный эталонный материал для раствор до материала для бетона [11,12,13].

2. План и методика экспериментов

2.1. План экспериментов

Как правило, цементный порошок и матричная жидкость для цементного теста могут рассматриваться как два типичных компонента. Необходимо тщательно изучить характеристики текучести порошка, который может заменить цемент в виде смеси, а также матричной жидкости в виде смеси цемента и воды. перечисляет составляющие материалы, использованные в этом исследовании. Порошок известняка, доменный шлак, порошок кремнезема и мета-каолин, которые мало реагировали на влажные условия и чей средний диаметр зерна подобен диаметру зерна цемента, были выбраны в качестве предварительной замены цементного порошка.перечисляет составные части каждого материала [14,15,16,17]. Кроме того, кукурузный сироп и глицерин, которые обладают свойствами, аналогичными характеристикам текучести матрицы цементной пасты, а также химической стабильностью, показывающей постоянную вязкость со временем, были выбраны в качестве предварительной замены матричной жидкости [18,19]. перечисляет химический состав глицерина. Использовали кукурузный сироп, содержащий 100% натуральный чистый кукурузный крахмал. Как указано в, эксперимент проводился поэтапно.После обзора требуемых свойств стандартных стандартных материалов были выбраны предварительные материалы для стандартных материалов, и затем был исследован реологический анализ, включающий комбинации композиций, исходные условия смеси и типы материалов. В конце, материалы, выбранные для стандартных стандартных образцов, были оценены на основе требований стандартов для твердых частиц. Смесь была приготовлена ​​путем смешивания глицерина или кукурузного сиропа, выбранного в качестве матричной жидкости для каждого из порошков известняка, доменного шлака, порошка кремнезема и метакаолина.

Таблица 1

Предварительная замена стандартных стандартных образцов (SRM) материалами.

Тип Порошок известняка Глицерин Вода
Эксперимент по размеру частиц порошка известняка 1 мкм Класс (EP
) Вода Дист.
20 мкм
Глицерин
Эксперимент по сортам
20 мкм Марка (EP)
Марка (GR 2 )
901 Мета-каолин
Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
Порошок известняка Кукурузный сироп
Глицерин
Порошок кремнезема

Таблица 2

Анализ составляющих компонентов цементозамещающих материалов.

Заменитель цемента Состав (%)
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 12 MO Ca 3 9017 2 O Na 2 O SO 3 TiO 2
Порошок известняка 0,30 0,10 0.02 0,20 99,30
Доменный шлак 34,69 14,31 0,50 3,93 41,95 2,61
Порошок кремнезема 99,50 0,40 0,05 0,02 0,02 0,02 0,02 0.05
Мета-каолин 53 44 0,25 0,22 0,40 0,23

Таблица 3

Анализ компонентов глицерина.

Acid
Заменитель жидкости Matrix Компонент (%)
Состав NH 4 SO 4 As Fe Acid Acid Acid Acid 9012 Сульфат
Глицерин 99.0 0,005 0,002 0,0002 0,0003 0,0004 0,005 0,2 0,015

Таблица 4

SRM Этапы разработки.

Шаг Содержание
1 Шаг Пересмотреть требования стандартов по твердым частицам
2 Шаг Выбор предварительных материалов
3 Шаг · Комбинация композиций
· Анализ исходной смеси
· Анализ по времени
· Анализ по типу (размер и содержание частиц)
4 Шаг Окончательная проверка компонентов SRM

2.2. Метод эксперимента

Для этого исследования реологический эксперимент, который может оценить начальные характеристики потока, был проведен в первую очередь для изучения свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Ингредиенты смешивали в четыре этапа, продолжительностью 120 с (15 с, 15 с, 30 с и 60 с) с использованием высокоскоростного миксера. В конце каждого этапа ингредиенты замешивались для равномерного смешивания ингредиентов. Реологические свойства были протестированы при постоянной температуре (20 ° C) и времени с использованием реометра Anton Paar ().Как правило, реология определяется соотношением между напряжением сдвига и скоростью сдвига, которые влияют на материалы. В этом исследовании использовалась модель Бингема, приведенная в уравнении (1), для определения пластической вязкости и предела текучести. В этом методе пластическая вязкость определяется наклоном напряжения сдвига, скоростью сдвига и пределом текучести в виде точки пересечения оси y, которая определяется с помощью регрессионного анализа.

где τ , η , γ˙ и τ 0 — напряжение сдвига, пластическая вязкость, скорость сдвига и предел текучести, соответственно.Перед началом эксперимента образцы вращали в течение 60 с со скоростью сдвига 50 с -1 для гомогенизации всех ингредиентов, а затем им давали 10-секундный отдых для достижения равновесия. Скорость сдвига была увеличена с 0,1 с -1 до 40 с -1 , а затем уменьшилась до 0,1 с -1 , а на восходящей и нисходящей кривой сопротивление сдвигу, приложенное к шпинделю, было разделено на скорость вращения. на 10 фаз. Зубчатый шпиндель диаметром 50 мм использовался для предотвращения отделения и скольжения ингредиентов [20,21,22].

3. Результат и анализ

3.1. Реологический анализ в соответствии с Системой составления компонентов

Сначала была проанализирована роль каждого вещества заменителя цемента и заменителя матричной жидкости, чтобы определить состав смеси компонентов стандартного эталонного материала, состоящего из частиц и фаз, который должен быть разработан. Первый вопрос, который необходимо изучить в отношении составляющего состава, заключается в том, следует ли сделать ингредиентный состав для определения стандартного эталонного материала двухкомпонентной системой композиции или системой трехкомпонентной композиции.Для этого обзора были исследованы три комбинации, перечисленные в. Здесь вместо цемента использовался известняковый порошок. Порошок известняка считался наиболее стабильным на протяжении всего процесса эксперимента и имел низкий уровень реакции на влагу. Кроме того, поскольку кукурузный сироп содержит воду, для повышения точности эксперимента использовали глицерин, который не содержит воды и позволяет относительно легче контролировать пропорцию композиции. представляет результаты анализа реологии для каждой комбинации.Двухкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка и глицерина не анализировалась в эксперименте, поскольку она превышала допустимый крутящий момент реометра, поэтому она была исключена из результатов эксперимента.

Реология компонентной системы. ( a ) Порошок известняка + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Таблица 5

Система компонентов для SRM.

Состав Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
2-компонентная система Порошок известняка Дистиллированная вода
Порошок известняка Глицерин
Трехкомпонентная система Порошок известняка Глицерин Дистиллированная вода

На основе реологического эксперимента для каждой из компонентных систем была проанализирована их совместимость со свойствами, требуемыми для стандартного эталонного материала по фазе частиц.Как показано на, двусторонний нелинейный отклик (гистерезис) был обнаружен в двухкомпонентной комбинированной системе известнякового порошка и воды. С другой стороны, трехкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка, глицерина и воды удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с частицами фаз, без какого-либо разделения материалов или гистерезиса. Это указывает на то, что использование матричной жидкости (глицерина) играет важную роль в предотвращении разделения материалов и двустороннего линейного отклика.Следовательно, трехкомпонентная система композиций необходима для разработки стандартного эталонного материала по фазе частиц.

3.2. Реологический анализ на ранней стадии старения

Характеристики текучести на ранней стадии старения были проанализированы путем смешивания каждого из выбранных материалов в определенных пропорциях. Целью этого анализа было оценить совместимость с четырьмя необходимыми свойствами: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама в пределах широкой деформации сдвига; (3) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (4) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис).показаны результаты эксперимента для каждой композиции. Разжижение при сдвиге, которое относится к снижению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, произошло для всех композиций глицерина и кукурузного сиропа в случае метакаолина [23,24,25]. Напротив, для порошка диоксида кремния явление загустения при сдвиге, которое относится к увеличению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, наблюдалось во всех композициях, показывая очень низкий выход [26,27,28]. Для известнякового порошка и доменного шлака линейная реакция Бингема наблюдалась во всем диапазоне деформаций сдвига всех композиций кукурузного сиропа и глицерина.Совместимость каждой композиции на ранних стадиях старения может быть определена с учетом четырех требований к стандартному эталонному материалу по фазе частиц, как показано на. По результатам выяснилось, что известняковый порошок и доменный шлак являются пробными заменителями цемента, которые удовлетворяют всем требованиям.

Реология для всех комбинаций. ( a ) Доменный шлак + глицерин + вода; ( b ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; ( c ) Мета-каолин + Глицерин + Вода; ( d ) Мета-каолин + кукурузный сироп + вода; ( e ) Порошок кремнезема + глицерин + вода; ( f ) Порошок кремнезема + кукурузный сироп + вода; ( г ) Порошок известняка + глицерин + вода; ( h ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода.

Таблица 6

Оценка требуемых реологических свойств для всех комбинаций.

Позиция Разделительное сопротивление Линейность Значение текучести Гистерезис
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O 1 O O O
Глицерин O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O
Глицерин O O O O
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X 2 X O
Глицерин O X X O
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O
Глицерин O X O O

3.3. Анализ времени истечения

3.3.1. Оценка заменителя цемента

Реологический анализ времени был проведен для оценки изменений реологических и химических свойств за более длительный период, помимо свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Это важный фактор, позволяющий оценить свойства стандартного эталонного материала, который показывает постоянную производительность потока независимо от времени. Для проведения реологического анализа с течением времени и наблюдения за изменениями химических свойств после смешивания каждого материала были изготовлены образцы, которые были запечатаны и хранились при комнатной температуре.Сначала был проведен реологический анализ для комбинаций известнякового порошка и доменного шлака, выбранных из первоначального анализа характеристик потока при старении с течением времени сразу после смешивания на третий день, а затем на пятый день, как показано на и. Для всех экспериментов образцы анализировали после повторного перемешивания с использованием высокоскоростного миксера. Было изготовлено несколько образцов, чтобы минимизировать изменение пропорции смешивания.

Реология за истекшее время (корпус доменного шлака). ( a ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; (b ) Доменный шлак + Глицерин + Вода.

Реология за истекшее время (ящик для известнякового порошка). ( a ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Обычно в случае доменного шлака он известен как материал с потенциальными гидравлическими свойствами и, как известно, проявляет гидравлические свойства в присутствии щелочной среды и сосуществует с цементом. Исходя из этих характеристик, доменный шлак был выбран в качестве заменителя цементного порошка.В результате реологического анализа с течением времени пластическая вязкость на третьи сутки была в 3 раза выше, чем в первые сутки в комбинации с кукурузным сиропом. Также на пятый день шлаковая смесь доменного шлака затвердела, и измерения были невозможны. Также было обнаружено, что глицерин со временем имеет более высокую пластическую вязкость. Другими словами, доменный шлак был признан имеющим химическую реакцию из-за его скрытых гидравлических характеристик с течением времени и был исключен из кандидатов на замену цементному порошку [29,30,31,32].С другой стороны, порошок известняка продемонстрировал постоянные реологические свойства независимо от времени, как в смеси с кукурузным сиропом, так и с глицерином. Порошок известняка был в конечном итоге выбран в качестве заменителя цемента на основании результатов анализа реологических и химических свойств в течение длительного периода времени.

3.3.2. Оценка на Matrix Fluid

Изменения в образце, полученном для анализа химических свойств в соответствии с типом матричной жидкости (кукурузный сироп, глицерин), наблюдались с использованием известнякового порошка, выбранного заменителя цемента, который со временем показал постоянные реологические свойства.Как показано на фиг. И, смесь с матричной жидкостью кукурузного сиропа начала проявлять химическую реакцию примерно через две недели после смешивания. На 30-й день на поверхности образца наблюдали обесцвечивание из-за образования плесени и других факторов. С другой стороны, образец, смешанный с глицерином, не показал изменения химических свойств в течение 30 дней, и исходные условия текучести были воспроизведены путем повторного перемешивания. На основании этих результатов были оценены свойства, требуемые для стандартного эталонного материала с фазой частиц, как указано в.На основании приведенных выше результатов, когда были оценены требуемые свойства стандартного эталонного материала в виде частиц, в случае порошка известняка произошла химическая реакция в комбинации с кукурузным сиропом, но все требуемые характеристики были удовлетворены в комбинации с глицерином. Доменный шлак вступает в химическую реакцию во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин. Порошок диоксида кремния не демонстрировал линейную реакцию Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и имели место низкий предел текучести и химическая реакция.Мета-каолин также не показал линейной реакции Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и химическая реакция произошла в сочетании с кукурузным сиропом, как указано в. Основываясь на результатах анализа реологических и химических свойств, в конечном итоге в качестве заменителя матричной жидкости был выбран глицерин.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + глицерин + вода). ( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + кукурузный сироп + вода).( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Таблица 7

Оценка соответствия для всех комбинаций.

Позиция Сопротивление разделению Линейность Значение текучести Гистерезис Химическая стабильность
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O X
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X X O X
Глицерин O X X O X
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O X
Глицерин O X O O O

Таблица 8

Эксперимент для различных типов известняка и глицерина.

90,1574. Анализ выбранных составляющих материалов по разным типам

Комбинация известнякового порошка, глицерина и воды оказалась наиболее подходящей для свойств, требуемых для стандартного эталонного материала по фазе частиц цементного теста. Стандартный эталонный материал для фаз частиц, который должен быть разработан, должен иметь постоянные характеристики текучести в пределах диапазона погрешности, и для этой цели необходимо учитывать размер частиц известнякового порошка и сорт глицерина.Для всех вышеупомянутых экспериментов использовали глицерин сорта Extra Pure (EP) и порошок известняка с диаметром зерна 20 мкм. В настоящее время на заводах производятся три типа известнякового порошка с размером частиц 1 мкм, 10 мкм и 20 мкм, в то время как глицерин производится двух марок: сорт особо чистого (EP) и сорт гарантированного реагента (GR). Кроме того, реологический анализ был проведен в соответствии с размером частиц порошка известняка (1 мкм, 10 мкм и 20 мкм) и качеством глицерина (EP и GR), как показано на, для определения изменений в характеристиках текучести каждого тип.Для сравнения с другими экспериментами для анализа использовали глицерин марки EP в соответствии с размером частиц порошка известняка, а порошок известняка с диаметром частиц 20 мкм использовали для эксперимента по степени чистоты глицерина. Результаты показаны в и. В эксперименте в соответствии с размером частиц порошка известняка размер частиц 1 мкм показал явление утолщения при сдвиге, выражающееся в увеличении пластической вязкости с увеличением скорости сдвига. Эти результаты предполагают, что чем меньше размер частиц, т.е.е., чем выше концентрация, тем больше возникает утолщение при сдвиге. Считается, что чем меньше размер частиц, тем выше пластическая вязкость из-за увеличения площади межфазного трения [10]. Для известнякового порошка с размером частиц 10 мкм и 20 мкм все требования к стандартному эталонному материалу с частицами фаз были удовлетворены, но пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц, что объяснялось увеличением площади трения между частицами при уменьшении размера частиц. [7].Пластическая вязкость для GR была немного выше, чем для EP в эксперименте с использованием глицерина разных сортов, но оба типа глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. В целом, при рассмотрении среднего размера частиц цемента, результаты рекомендуют использование известнякового порошка с размером частиц 20 мкм и любой марки глицерина.

Реология для различных размеров порошка известняка.

Реология для различных марок глицерина (EP и GR).

4. Выводы

Это исследование было направлено на разработку стандартного эталонного материала по фазе частиц, который может имитировать текучесть цементного теста, самого основного компонента бетона. Три компонента, заменитель цемента, заменитель матричной жидкости и вода, были выбраны для состава стандартного эталонного материала, который будет разработан. Учитывая их физико-химические свойства, в качестве заменителей цемента были выбраны известняковый порошок, доменный шлак, метакаолин и кремнеземный порошок, которые практически не вступают в реакцию с водой.Кукурузный сироп и глицерин, которые имеют постоянную во времени вязкость и химическую стабильность, были выбраны в качестве матричных жидкостей. В эксперименте и анализе совместимость со свойствами, необходимыми для стандартного эталонного материала с частицами фаз, с учетом систем состава смеси (двухкомпонентная система, трехкомпонентная система), стадии старения, истечения времени и типов материалов (размеры частиц и марок) был проанализирован для получения окончательного состава стандартного эталонного материала для цементного теста.Результаты можно резюмировать следующим образом:

  • (1)

    При реологическом анализе двухкомпонентной композиционной системы с известняковым порошком и водой наблюдалась двусторонняя нелинейная реакция. С другой стороны, трехкомпонентная композиционная система с известняковым порошком, глицерином и водой удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. Таким образом, трехкомпонентный состав был признан подходящим в качестве стандартного эталонного материала для цементного теста.

  • (2)

    При реологическом анализе начальных стадий старения каждой смеси заменителя цемента, разжижение при сдвиге происходило для метакаолина, а утолщение при сдвиге происходило для порошка кремнезема. Было обнаружено, что и известняковый порошок, и доменный шлак удовлетворяют требованиям для начальной стадии старения стандартного эталонного материала с частицами фазы.

  • (3)

    Проанализированы изменения текучести и химических свойств во времени.Пластическая вязкость доменного шлака со временем увеличивалась, и во всех образцах сохранялась прочность. Однако стабильные характеристики текучести и химические свойства с течением времени были получены с порошком известняка, который удовлетворял всем свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с частицами.

  • (4)

    В образце, смешанном с матричной жидкостью кукурузного сиропа, произошла химическая реакция, включая образование плесени и обесцвечивание. Образец, смешанный с глицерином, со временем показал химическую стабильность.

  • (5)

    Реологический анализ был проведен для изучения изменений характеристик текучести в зависимости от размера частиц известнякового порошка и марок глицерина. Результат показал, что пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц известнякового порошка, и все его образцы, за исключением образца с размером частиц 1 мкм, соответствовали свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Все марки глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартным эталонным материалам с частицами фаз.

  • (6)

    Был исследован состав стандартного эталонного материала для цементного теста, основного компонента бетона, и была обнаружена комбинация известнякового порошка в качестве заменителя цемента, глицерина в качестве заменителя матричной жидкости и воды. быть наиболее подходящим. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы предложить составные части стандартных эталонных материалов раствора и бетона на основе комбинации смесей, предложенной в этом исследовании.

Благодарности

Это исследование было поддержано Исследовательским фондом Университета Донгук в 2015 году.

Вклад авторов

Дон Гю Ли провел все эксперименты, проанализировал данные и написал рукопись. Мён Сон Чой был главным исследователем и руководил всей работой.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Гу Х.С., Ли Г.К., Сун Х.Й. Сравнительное исследование методов оценки реологических свойств цементной пасты. J. Korea Inst. Строить. Констр. 2006; 21: 75–82.[Google Scholar] 2. Хван Х.Дж., Ли С.Х., Ли В.Дж. Влияние гранулометрического состава вяжущего на реологические свойства шлакоцементных паст. J. Korea Ceram. Soc. 2007; 44: 6–11. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.1.006. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Папо А., Пиани Л. Влияние различных суперпластификаторов на реологические свойства портландцементных паст. Джем. Concr. Res. 2004; 34: 2097–2101. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2004.03.017. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Феррарис К.Ф., Обла Х.К., Рассел Х.Влияние минеральных добавок на реологию цементной пасты и бетона. Джем. Concr. Res. 2001; 31: 245–255. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00454-3. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Хироши М., Ясуо Т. Современное состояние анализа потока свежего бетона. J. Korea Concr. Inst. 1995; 7: 23–32. [Google Scholar] 6. Nehdi M., Mindess S., Aitcin P.C. Реология бетона с высокими эксплуатационными характеристиками: влияние ультрамелких частиц. Джем. Concr. Res. 1998. 28: 687–697. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (98) 00022-2. [CrossRef] [Google Scholar] 7.Феррарис К.Ф., Штутцман П.Е., Гатри В.Ф., Винпиглер Дж. Сертификация SRM 2492: смесь пасты Бингема для реологических измерений. Национальный институт стандартов и технологий; Гейтерсбург, Мэриленд, США: 2012. SP-260-174_Rev. [Google Scholar] 8. Миканович Н., Хаят К., Пейдж М., Джоликер К. Водные дисперсии CaCO 3 в качестве эталонных систем для вяжущих материалов раннего возраста. Colloids Surf. Physicochem. Англ. Asp. 2006; 291: 202–211. DOI: 10.1016 / j.colsurfa.2006.06.042. [CrossRef] [Google Scholar] 9.Миканович Н., Жоликер К., Хаят К., Пейдж М. Модельные системы для исследования стабильности и реологических свойств материалов на цементной основе; Материалы 8-й Международной конференции CANMET / ACI по последним достижениям в технологии бетона; Монреаль, Квебек, Канада. 31 мая — 3 июня 2006 г .; Фармингтон-Хиллз, Мичиган, США: Американский институт бетона; 2006. С. 267–304. [Google Scholar] 10. Хе М., Ван Ю., Форссберг Э. Параметр изучает реологию известняковых шламов. Int. Дж. Майнер. Процесс. 2006; 78: 63–77.DOI: 10.1016 / j.minpro.2005.07.006. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Саак А.В., Дженнинг Х.М., Шах С.П. Влияние скольжения стенки на предел текучести и вязкоупругие измерения цементного теста. Джем. Concr. Res. 2001. 31: 205–212. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00440-3. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Феррарис К.Ф., Гейкер М., Мартис Н.С., Муццатти Н. Калибровка реометра с параллельными пластинами с использованием моделирования Больцмана на основе масла и решетки. J. Adv. Concr. Technol. 2007; 5: 363–371. DOI: 10.3151 / jact.5.363. [CrossRef] [Google Scholar] 13.Феррарис К.Ф., Ли З., Чжан М.Х., Штутцман П. Разработка стандартных образцов для калибровки реометра с цементной пастой. ASTM-Adv. Civ. Англ. Матер. 2013; 2: 140–162. DOI: 10.1520 / ACEM20120003. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ю C.D., Byun S.H., Song J.T. Реологические свойства цементной пасты, содержащей сверхмелкозернистый доменный шлак. J. Korea Ceram. Soc. 2007. 44: 430–436. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.8.430. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Ли С.Х., Пак Дж. С., Ли Дж. И., Чо Дж. У. Влияние порошка известняка на текучесть обычной портландцементной пасты.J. Korea Ceram. Soc. 2013; 50: 149–156. DOI: 10.4191 / kcers.2013.50.2.149. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Song J.T., Choi H.Y. Реологические свойства цементных паст, содержащих метакаолин. J. Korea Ceram. Soc. 2003. 40: 1229–1234. [Google Scholar] 17. Ли З., Дин З. Улучшение свойств портландцемента за счет добавления метакаолина и шлака. J. Cem. Concr. Res. 2002. 33: 579–584. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (02) 01025-6. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Haynes W.M., Lide D.R., Bruno T.J. CRC Справочник по химии и физике.CRC Press; Бока-Ратон, Флорида, США: Taylor & Franics Group; Оксфордшир, Великобритания: 2014. [Google Scholar] 20. Коллиер А.А., Клегг Д.В. Реологические измерения. Чепмен и Холл; Лондон, Великобритания: 1998. [Google Scholar] 21. Дэвис Г.А., Стокс Дж.Р.Об ошибке зазора при реометрии параллельных пластин, которая возникает из-за наличия воздуха при обнулении зазора. J. Rheol. 2005; 49: 919–922. DOI: 10.1122 / 1.1942501. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Свейнделлс Дж. Ф., Харди Р. С., Коттингтон Р. Л. Точные измерения с помощью вискозиметров Бингема и вискозиметров Cannon Master.J. Res. Natl. Inst. Стоять. Technol. 1954. 52: 105–115. DOI: 10.6028 / jres.052.016. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Кросс М. Связь между вязкоупругостью и разжижением при сдвиге в жидкостях. J. Rheol. Acta. 1979; 18: 609–614. DOI: 10.1007 / BF01520357. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Послински А.Дж., Райан М.Э., Гупта Р.К. Реологическое поведение наполненных полимерных систем 1. Предел текучести и эффекты разжижения при сдвиге. J. Rheol. 1988. 32: 703–735. DOI: 10,1122 / 1,549987. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Дэтт С., Эльфринг Дж. Дж. Динамика и реология частиц в жидкостях, разжижающих сдвиг. Дж. Нон-Ньютон. Жидкий мех. 2018 doi: 10.1016 / j.jnnfm.2018.03.016. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Фолл А., Бертран Ф., Оварлес Г., Бонн Д. Сгущение суспензий кукурузного крахмала за счет сдвига. J. Rheol. 2012; 56: 575–591. DOI: 10,1122 / 1,3696875. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Динг Дж., Тараси П., Ли В., Пэн Г., Уиттен П.Г., Уоллес Г.Г. Обзор загущающей жидкости и ее применения. Текст. Light Ind. Sci. Technol. 2013; 2: 161–173.[Google Scholar] 28. Khandavalli S., Rothstein J.P. Расширяющаяся реология загустевших при сдвиге наночастиц коллоидального диоксида кремния, диспергированных в водном растворе полиэтиленоксида. J. Rheol. 2014. 58: 411–431. DOI: 10.1122 / 1.4864620. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Колани Б., Лакаррьер Л.Б., Селье А., Эскадейлас Г., Бутильон Л., Лингер Л. Гидратация цементов с шлаковой смесью. Джем. Concr. Compos. 2012; 34: 1009–1018. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2012.05.007. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Vlcek J., Tomkova V., Ovcacikova H., Овчачик Ф., Топинкова М., Матейка В. Шлаки сталеплавильного производства: свойства и их использование. J. Metalurgija. 2013; 3: 329–333. [Google Scholar] 31. Курунис С., Цивилис С., Цакиридис П.Э., Пападимитриу Г.Д., Цибуки З. Свойства и гидратация цементных смесей со сталеплавильным шлаком. J. Cem. Concr. Res. 2007; 37: 815–822. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2007.03.008. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Пал С.С., Мукерджи А., Патак С.Р. Исследование гидравлической активности измельченного доменного гранулированного шлака в бетоне.J. Cem. Concr. Res. 2003. 33: 1481–1486. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (03) 00062-0. [CrossRef] [Google Scholar]

Предложение составляющих материалов на основе реологического анализа

материалов (Базель). 2018 Apr; 11 (4): 624.

Департамент техники безопасности, Университет Донгук — Кёнджу, 123 Dongdae-ro, Gyeongju 38066, Gyeongbuk, Korea; [email protected]

Поступило 21.03.2018 г .; Принято 16 апреля 2018 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /). Эту статью цитировали в других статьях в PMC.

Abstract

Целью данного исследования было разработать стандартный эталонный материал, который может моделировать характеристики текучести цементного теста. Для этого важно определить материалы, из которых состоит стандартный материал для цементного теста. Обычно цементное тесто представляет собой смесь цемента и воды. Чтобы определить материал, из которого состоит цементное тесто, его разделили на порошок, который может заменить цемент, и матричную жидкость.Используя концепцию реологии, которая позволяет количественно оценивать реологические свойства выбранных материалов при определенных условиях смешивания, эксперименты проводились поэтапно в соответствии с комбинацией состава материалов, стадией старения и типами материалов. В результате было определено, что порошок известняка является заменителем цемента, а глицерин и вода — заменителем матричной жидкости. После анализа совместимости с требуемыми свойствами стандартных материалов в виде твердых частиц было обнаружено, что окончательно выбранный стандартный эталонный материал удовлетворяет требуемым характеристикам.

Ключевые слова: стандартных эталонных материалов, характеристики текучести, цементная паста, реология, стандартные материалы в виде твердых частиц

1. Введение

Большинство мегаполисов сталкиваются с различными проблемами, такими как рост цен на землю, нехватка доступной земли и ограничения на горизонтальное использование земли. Соответственно, спрос на супербетонные конструкции постоянно растет, в результате чего возникло несколько высотных зданий и крупномасштабных сооружений [1,2]. С другой стороны, имея опыт строительства больших бетонных конструкций и хотя строительная отрасль была признана за выдающиеся строительные технологии и достижения, для возведения таких супербетонных конструкций по-прежнему необходимы более качественные строительные технологии.Такая строительная технология высокого стандарта также требует контроля свойств материала во время строительства, имея технологию количественной оценки строительного материала. Короче говоря, чтобы иметь возможность анализировать количественную технологию строительства, важно анализировать материалы количественно. Для этой цели важно разработать стандартный образец, который представляет согласованные характеристики, которые можно измерить количественно при любых условиях. Это позволяет обеспечить более экономичную и эффективную технологию строительства и объективно оценить качество строительства.Следовательно, существует потребность в разработке последовательного материала для контроля качества, основанного на количественной оценке характеристик текучести бетона, который называется стандартным справочным материалом [3,4,5,6,7].

Разработка стандартного справочного материала позволяет стабильно оценивать характеристики строительства, качество которых можно постоянно контролировать независимо от производственного процесса на стадии строительства или подрядчика. Кроме того, станет возможной калибровка различных реометров, которые уже были разработаны для количественного измерения условий потока и характеристик потока с абсолютными значениями, а не только для проверки первоначальной оценки характеристик потока на основе относительного сравнения.В конечном итоге характеристики на этапах первоначального бетонного строительства могут быть оценены количественно, что делает возможными научную оценку эффективности перед строительством и использование стандартных справочных материалов. Кроме того, стандартный эталонный материал также может использоваться в различных областях, включая использование в качестве образца для рециркуляции при испытаниях насосных контуров, которые исследуют производительность насоса, стандартный эталонный образец для оценки испытания цикла замены для оценки деградации насосного оборудования, и стандартный образец для контроля качества в области передовых технологий, таких как цифровая 3D-печать.С другой стороны, бетон — это многокомпонентный материал, который содержит частицы самых разных размеров, от мельчайших частиц, таких как цемент, до крупных частиц диаметром в десятки миллиметров [5,6]. Поэтому активно ведется разработка стандартных стандартных образцов для количественной оценки вяжущих материалов и замена исходных характеристик текучести цементного теста, но нет четкого определения стандартных стандартных образцов [7,8,9,10 ].Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы на основе концепции реологии, которая позволяет оценить свойства текучести, для определения стандарта справочный материал. Для разработки стандартных эталонных материалов для цементного теста необходимо изучить свойства, требуемые для многокомпонентных стандартных эталонных материалов, включая частицы. В настоящее время предлагаются следующие требования к стандартному эталонному материалу с фазой частиц: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама при широкой деформации сдвига; (3) отсутствие изменений реологических или химических свойств между жидкостью и частицами в течение длительного периода времени; (4) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (5) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис) [7].В этом исследовании было изучено несколько пробных материалов для стандартных эталонных материалов для цементного теста и проанализированы их реологические свойства при определенных условиях перемешивания. В этом документе описывается результат оценки материалов, которые соответствуют свойствам, требуемым стандартным эталонным материалом для фаз частиц. Основываясь на результатах этого исследования, наряду с калибровочными материалами для различных систем измерения реометра, исследования стандартного эталонного материала следует постепенно расширять от мельчайших частиц до мелких агрегатов, а затем и до крупных агрегатов, включая стандартный эталонный материал для раствор до материала для бетона [11,12,13].

2. План и методика экспериментов

2.1. План экспериментов

Как правило, цементный порошок и матричная жидкость для цементного теста могут рассматриваться как два типичных компонента. Необходимо тщательно изучить характеристики текучести порошка, который может заменить цемент в виде смеси, а также матричной жидкости в виде смеси цемента и воды. перечисляет составляющие материалы, использованные в этом исследовании. Порошок известняка, доменный шлак, порошок кремнезема и мета-каолин, которые мало реагировали на влажные условия и чей средний диаметр зерна подобен диаметру зерна цемента, были выбраны в качестве предварительной замены цементного порошка.перечисляет составные части каждого материала [14,15,16,17]. Кроме того, кукурузный сироп и глицерин, которые обладают свойствами, аналогичными характеристикам текучести матрицы цементной пасты, а также химической стабильностью, показывающей постоянную вязкость со временем, были выбраны в качестве предварительной замены матричной жидкости [18,19]. перечисляет химический состав глицерина. Использовали кукурузный сироп, содержащий 100% натуральный чистый кукурузный крахмал. Как указано в, эксперимент проводился поэтапно.После обзора требуемых свойств стандартных стандартных материалов были выбраны предварительные материалы для стандартных материалов, и затем был исследован реологический анализ, включающий комбинации композиций, исходные условия смеси и типы материалов. В конце, материалы, выбранные для стандартных стандартных образцов, были оценены на основе требований стандартов для твердых частиц. Смесь была приготовлена ​​путем смешивания глицерина или кукурузного сиропа, выбранного в качестве матричной жидкости для каждого из порошков известняка, доменного шлака, порошка кремнезема и метакаолина.

Таблица 1

Предварительная замена стандартных стандартных образцов (SRM) материалами.

Тип Порошок известняка Глицерин Вода
Эксперимент по размеру частиц порошка известняка 1 мкм Класс (EP
) Вода Дист.
20 мкм
Глицерин
Эксперимент по сортам
20 мкм Марка (EP)
Марка (GR 2 )
901 Мета-каолин
Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
Порошок известняка Кукурузный сироп
Глицерин
Порошок кремнезема

Таблица 2

Анализ составляющих компонентов цементозамещающих материалов.

Заменитель цемента Состав (%)
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 12 MO Ca 3 9017 2 O Na 2 O SO 3 TiO 2
Порошок известняка 0,30 0,10 0.02 0,20 99,30
Доменный шлак 34,69 14,31 0,50 3,93 41,95 2,61
Порошок кремнезема 99,50 0,40 0,05 0,02 0,02 0,02 0,02 0.05
Мета-каолин 53 44 0,25 0,22 0,40 0,23

Таблица 3

Анализ компонентов глицерина.

Acid
Заменитель жидкости Matrix Компонент (%)
Состав NH 4 SO 4 As Fe Acid Acid Acid Acid 9012 Сульфат
Глицерин 99.0 0,005 0,002 0,0002 0,0003 0,0004 0,005 0,2 0,015

Таблица 4

SRM Этапы разработки.

Шаг Содержание
1 Шаг Пересмотреть требования стандартов по твердым частицам
2 Шаг Выбор предварительных материалов
3 Шаг · Комбинация композиций
· Анализ исходной смеси
· Анализ по времени
· Анализ по типу (размер и содержание частиц)
4 Шаг Окончательная проверка компонентов SRM

2.2. Метод эксперимента

Для этого исследования реологический эксперимент, который может оценить начальные характеристики потока, был проведен в первую очередь для изучения свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Ингредиенты смешивали в четыре этапа, продолжительностью 120 с (15 с, 15 с, 30 с и 60 с) с использованием высокоскоростного миксера. В конце каждого этапа ингредиенты замешивались для равномерного смешивания ингредиентов. Реологические свойства были протестированы при постоянной температуре (20 ° C) и времени с использованием реометра Anton Paar ().Как правило, реология определяется соотношением между напряжением сдвига и скоростью сдвига, которые влияют на материалы. В этом исследовании использовалась модель Бингема, приведенная в уравнении (1), для определения пластической вязкости и предела текучести. В этом методе пластическая вязкость определяется наклоном напряжения сдвига, скоростью сдвига и пределом текучести в виде точки пересечения оси y, которая определяется с помощью регрессионного анализа.

где τ , η , γ˙ и τ 0 — напряжение сдвига, пластическая вязкость, скорость сдвига и предел текучести, соответственно.Перед началом эксперимента образцы вращали в течение 60 с со скоростью сдвига 50 с -1 для гомогенизации всех ингредиентов, а затем им давали 10-секундный отдых для достижения равновесия. Скорость сдвига была увеличена с 0,1 с -1 до 40 с -1 , а затем уменьшилась до 0,1 с -1 , а на восходящей и нисходящей кривой сопротивление сдвигу, приложенное к шпинделю, было разделено на скорость вращения. на 10 фаз. Зубчатый шпиндель диаметром 50 мм использовался для предотвращения отделения и скольжения ингредиентов [20,21,22].

3. Результат и анализ

3.1. Реологический анализ в соответствии с Системой составления компонентов

Сначала была проанализирована роль каждого вещества заменителя цемента и заменителя матричной жидкости, чтобы определить состав смеси компонентов стандартного эталонного материала, состоящего из частиц и фаз, который должен быть разработан. Первый вопрос, который необходимо изучить в отношении составляющего состава, заключается в том, следует ли сделать ингредиентный состав для определения стандартного эталонного материала двухкомпонентной системой композиции или системой трехкомпонентной композиции.Для этого обзора были исследованы три комбинации, перечисленные в. Здесь вместо цемента использовался известняковый порошок. Порошок известняка считался наиболее стабильным на протяжении всего процесса эксперимента и имел низкий уровень реакции на влагу. Кроме того, поскольку кукурузный сироп содержит воду, для повышения точности эксперимента использовали глицерин, который не содержит воды и позволяет относительно легче контролировать пропорцию композиции. представляет результаты анализа реологии для каждой комбинации.Двухкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка и глицерина не анализировалась в эксперименте, поскольку она превышала допустимый крутящий момент реометра, поэтому она была исключена из результатов эксперимента.

Реология компонентной системы. ( a ) Порошок известняка + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Таблица 5

Система компонентов для SRM.

Состав Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
2-компонентная система Порошок известняка Дистиллированная вода
Порошок известняка Глицерин
Трехкомпонентная система Порошок известняка Глицерин Дистиллированная вода

На основе реологического эксперимента для каждой из компонентных систем была проанализирована их совместимость со свойствами, требуемыми для стандартного эталонного материала по фазе частиц.Как показано на, двусторонний нелинейный отклик (гистерезис) был обнаружен в двухкомпонентной комбинированной системе известнякового порошка и воды. С другой стороны, трехкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка, глицерина и воды удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с частицами фаз, без какого-либо разделения материалов или гистерезиса. Это указывает на то, что использование матричной жидкости (глицерина) играет важную роль в предотвращении разделения материалов и двустороннего линейного отклика.Следовательно, трехкомпонентная система композиций необходима для разработки стандартного эталонного материала по фазе частиц.

3.2. Реологический анализ на ранней стадии старения

Характеристики текучести на ранней стадии старения были проанализированы путем смешивания каждого из выбранных материалов в определенных пропорциях. Целью этого анализа было оценить совместимость с четырьмя необходимыми свойствами: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама в пределах широкой деформации сдвига; (3) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (4) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис).показаны результаты эксперимента для каждой композиции. Разжижение при сдвиге, которое относится к снижению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, произошло для всех композиций глицерина и кукурузного сиропа в случае метакаолина [23,24,25]. Напротив, для порошка диоксида кремния явление загустения при сдвиге, которое относится к увеличению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, наблюдалось во всех композициях, показывая очень низкий выход [26,27,28]. Для известнякового порошка и доменного шлака линейная реакция Бингема наблюдалась во всем диапазоне деформаций сдвига всех композиций кукурузного сиропа и глицерина.Совместимость каждой композиции на ранних стадиях старения может быть определена с учетом четырех требований к стандартному эталонному материалу по фазе частиц, как показано на. По результатам выяснилось, что известняковый порошок и доменный шлак являются пробными заменителями цемента, которые удовлетворяют всем требованиям.

Реология для всех комбинаций. ( a ) Доменный шлак + глицерин + вода; ( b ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; ( c ) Мета-каолин + Глицерин + Вода; ( d ) Мета-каолин + кукурузный сироп + вода; ( e ) Порошок кремнезема + глицерин + вода; ( f ) Порошок кремнезема + кукурузный сироп + вода; ( г ) Порошок известняка + глицерин + вода; ( h ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода.

Таблица 6

Оценка требуемых реологических свойств для всех комбинаций.

Позиция Разделительное сопротивление Линейность Значение текучести Гистерезис
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O 1 O O O
Глицерин O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O
Глицерин O O O O
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X 2 X O
Глицерин O X X O
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O
Глицерин O X O O

3.3. Анализ времени истечения

3.3.1. Оценка заменителя цемента

Реологический анализ времени был проведен для оценки изменений реологических и химических свойств за более длительный период, помимо свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Это важный фактор, позволяющий оценить свойства стандартного эталонного материала, который показывает постоянную производительность потока независимо от времени. Для проведения реологического анализа с течением времени и наблюдения за изменениями химических свойств после смешивания каждого материала были изготовлены образцы, которые были запечатаны и хранились при комнатной температуре.Сначала был проведен реологический анализ для комбинаций известнякового порошка и доменного шлака, выбранных из первоначального анализа характеристик потока при старении с течением времени сразу после смешивания на третий день, а затем на пятый день, как показано на и. Для всех экспериментов образцы анализировали после повторного перемешивания с использованием высокоскоростного миксера. Было изготовлено несколько образцов, чтобы минимизировать изменение пропорции смешивания.

Реология за истекшее время (корпус доменного шлака). ( a ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; (b ) Доменный шлак + Глицерин + Вода.

Реология за истекшее время (ящик для известнякового порошка). ( a ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Обычно в случае доменного шлака он известен как материал с потенциальными гидравлическими свойствами и, как известно, проявляет гидравлические свойства в присутствии щелочной среды и сосуществует с цементом. Исходя из этих характеристик, доменный шлак был выбран в качестве заменителя цементного порошка.В результате реологического анализа с течением времени пластическая вязкость на третьи сутки была в 3 раза выше, чем в первые сутки в комбинации с кукурузным сиропом. Также на пятый день шлаковая смесь доменного шлака затвердела, и измерения были невозможны. Также было обнаружено, что глицерин со временем имеет более высокую пластическую вязкость. Другими словами, доменный шлак был признан имеющим химическую реакцию из-за его скрытых гидравлических характеристик с течением времени и был исключен из кандидатов на замену цементному порошку [29,30,31,32].С другой стороны, порошок известняка продемонстрировал постоянные реологические свойства независимо от времени, как в смеси с кукурузным сиропом, так и с глицерином. Порошок известняка был в конечном итоге выбран в качестве заменителя цемента на основании результатов анализа реологических и химических свойств в течение длительного периода времени.

3.3.2. Оценка на Matrix Fluid

Изменения в образце, полученном для анализа химических свойств в соответствии с типом матричной жидкости (кукурузный сироп, глицерин), наблюдались с использованием известнякового порошка, выбранного заменителя цемента, который со временем показал постоянные реологические свойства.Как показано на фиг. И, смесь с матричной жидкостью кукурузного сиропа начала проявлять химическую реакцию примерно через две недели после смешивания. На 30-й день на поверхности образца наблюдали обесцвечивание из-за образования плесени и других факторов. С другой стороны, образец, смешанный с глицерином, не показал изменения химических свойств в течение 30 дней, и исходные условия текучести были воспроизведены путем повторного перемешивания. На основании этих результатов были оценены свойства, требуемые для стандартного эталонного материала с фазой частиц, как указано в.На основании приведенных выше результатов, когда были оценены требуемые свойства стандартного эталонного материала в виде частиц, в случае порошка известняка произошла химическая реакция в комбинации с кукурузным сиропом, но все требуемые характеристики были удовлетворены в комбинации с глицерином. Доменный шлак вступает в химическую реакцию во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин. Порошок диоксида кремния не демонстрировал линейную реакцию Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и имели место низкий предел текучести и химическая реакция.Мета-каолин также не показал линейной реакции Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и химическая реакция произошла в сочетании с кукурузным сиропом, как указано в. Основываясь на результатах анализа реологических и химических свойств, в конечном итоге в качестве заменителя матричной жидкости был выбран глицерин.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + глицерин + вода). ( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + кукурузный сироп + вода).( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Таблица 7

Оценка соответствия для всех комбинаций.

Позиция Сопротивление разделению Линейность Значение текучести Гистерезис Химическая стабильность
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O X
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X X O X
Глицерин O X X O X
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O X
Глицерин O X O O O

Таблица 8

Эксперимент для различных типов известняка и глицерина.

90,1574. Анализ выбранных составляющих материалов по разным типам

Комбинация известнякового порошка, глицерина и воды оказалась наиболее подходящей для свойств, требуемых для стандартного эталонного материала по фазе частиц цементного теста. Стандартный эталонный материал для фаз частиц, который должен быть разработан, должен иметь постоянные характеристики текучести в пределах диапазона погрешности, и для этой цели необходимо учитывать размер частиц известнякового порошка и сорт глицерина.Для всех вышеупомянутых экспериментов использовали глицерин сорта Extra Pure (EP) и порошок известняка с диаметром зерна 20 мкм. В настоящее время на заводах производятся три типа известнякового порошка с размером частиц 1 мкм, 10 мкм и 20 мкм, в то время как глицерин производится двух марок: сорт особо чистого (EP) и сорт гарантированного реагента (GR). Кроме того, реологический анализ был проведен в соответствии с размером частиц порошка известняка (1 мкм, 10 мкм и 20 мкм) и качеством глицерина (EP и GR), как показано на, для определения изменений в характеристиках текучести каждого тип.Для сравнения с другими экспериментами для анализа использовали глицерин марки EP в соответствии с размером частиц порошка известняка, а порошок известняка с диаметром частиц 20 мкм использовали для эксперимента по степени чистоты глицерина. Результаты показаны в и. В эксперименте в соответствии с размером частиц порошка известняка размер частиц 1 мкм показал явление утолщения при сдвиге, выражающееся в увеличении пластической вязкости с увеличением скорости сдвига. Эти результаты предполагают, что чем меньше размер частиц, т.е.е., чем выше концентрация, тем больше возникает утолщение при сдвиге. Считается, что чем меньше размер частиц, тем выше пластическая вязкость из-за увеличения площади межфазного трения [10]. Для известнякового порошка с размером частиц 10 мкм и 20 мкм все требования к стандартному эталонному материалу с частицами фаз были удовлетворены, но пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц, что объяснялось увеличением площади трения между частицами при уменьшении размера частиц. [7].Пластическая вязкость для GR была немного выше, чем для EP в эксперименте с использованием глицерина разных сортов, но оба типа глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. В целом, при рассмотрении среднего размера частиц цемента, результаты рекомендуют использование известнякового порошка с размером частиц 20 мкм и любой марки глицерина.

Реология для различных размеров порошка известняка.

Реология для различных марок глицерина (EP и GR).

4. Выводы

Это исследование было направлено на разработку стандартного эталонного материала по фазе частиц, который может имитировать текучесть цементного теста, самого основного компонента бетона. Три компонента, заменитель цемента, заменитель матричной жидкости и вода, были выбраны для состава стандартного эталонного материала, который будет разработан. Учитывая их физико-химические свойства, в качестве заменителей цемента были выбраны известняковый порошок, доменный шлак, метакаолин и кремнеземный порошок, которые практически не вступают в реакцию с водой.Кукурузный сироп и глицерин, которые имеют постоянную во времени вязкость и химическую стабильность, были выбраны в качестве матричных жидкостей. В эксперименте и анализе совместимость со свойствами, необходимыми для стандартного эталонного материала с частицами фаз, с учетом систем состава смеси (двухкомпонентная система, трехкомпонентная система), стадии старения, истечения времени и типов материалов (размеры частиц и марок) был проанализирован для получения окончательного состава стандартного эталонного материала для цементного теста.Результаты можно резюмировать следующим образом:

  • (1)

    При реологическом анализе двухкомпонентной композиционной системы с известняковым порошком и водой наблюдалась двусторонняя нелинейная реакция. С другой стороны, трехкомпонентная композиционная система с известняковым порошком, глицерином и водой удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. Таким образом, трехкомпонентный состав был признан подходящим в качестве стандартного эталонного материала для цементного теста.

  • (2)

    При реологическом анализе начальных стадий старения каждой смеси заменителя цемента, разжижение при сдвиге происходило для метакаолина, а утолщение при сдвиге происходило для порошка кремнезема. Было обнаружено, что и известняковый порошок, и доменный шлак удовлетворяют требованиям для начальной стадии старения стандартного эталонного материала с частицами фазы.

  • (3)

    Проанализированы изменения текучести и химических свойств во времени.Пластическая вязкость доменного шлака со временем увеличивалась, и во всех образцах сохранялась прочность. Однако стабильные характеристики текучести и химические свойства с течением времени были получены с порошком известняка, который удовлетворял всем свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с частицами.

  • (4)

    В образце, смешанном с матричной жидкостью кукурузного сиропа, произошла химическая реакция, включая образование плесени и обесцвечивание. Образец, смешанный с глицерином, со временем показал химическую стабильность.

  • (5)

    Реологический анализ был проведен для изучения изменений характеристик текучести в зависимости от размера частиц известнякового порошка и марок глицерина. Результат показал, что пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц известнякового порошка, и все его образцы, за исключением образца с размером частиц 1 мкм, соответствовали свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Все марки глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартным эталонным материалам с частицами фаз.

  • (6)

    Был исследован состав стандартного эталонного материала для цементного теста, основного компонента бетона, и была обнаружена комбинация известнякового порошка в качестве заменителя цемента, глицерина в качестве заменителя матричной жидкости и воды. быть наиболее подходящим. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы предложить составные части стандартных эталонных материалов раствора и бетона на основе комбинации смесей, предложенной в этом исследовании.

Благодарности

Это исследование было поддержано Исследовательским фондом Университета Донгук в 2015 году.

Вклад авторов

Дон Гю Ли провел все эксперименты, проанализировал данные и написал рукопись. Мён Сон Чой был главным исследователем и руководил всей работой.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Гу Х.С., Ли Г.К., Сун Х.Й. Сравнительное исследование методов оценки реологических свойств цементной пасты. J. Korea Inst. Строить. Констр. 2006; 21: 75–82.[Google Scholar] 2. Хван Х.Дж., Ли С.Х., Ли В.Дж. Влияние гранулометрического состава вяжущего на реологические свойства шлакоцементных паст. J. Korea Ceram. Soc. 2007; 44: 6–11. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.1.006. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Папо А., Пиани Л. Влияние различных суперпластификаторов на реологические свойства портландцементных паст. Джем. Concr. Res. 2004; 34: 2097–2101. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2004.03.017. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Феррарис К.Ф., Обла Х.К., Рассел Х.Влияние минеральных добавок на реологию цементной пасты и бетона. Джем. Concr. Res. 2001; 31: 245–255. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00454-3. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Хироши М., Ясуо Т. Современное состояние анализа потока свежего бетона. J. Korea Concr. Inst. 1995; 7: 23–32. [Google Scholar] 6. Nehdi M., Mindess S., Aitcin P.C. Реология бетона с высокими эксплуатационными характеристиками: влияние ультрамелких частиц. Джем. Concr. Res. 1998. 28: 687–697. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (98) 00022-2. [CrossRef] [Google Scholar] 7.Феррарис К.Ф., Штутцман П.Е., Гатри В.Ф., Винпиглер Дж. Сертификация SRM 2492: смесь пасты Бингема для реологических измерений. Национальный институт стандартов и технологий; Гейтерсбург, Мэриленд, США: 2012. SP-260-174_Rev. [Google Scholar] 8. Миканович Н., Хаят К., Пейдж М., Джоликер К. Водные дисперсии CaCO 3 в качестве эталонных систем для вяжущих материалов раннего возраста. Colloids Surf. Physicochem. Англ. Asp. 2006; 291: 202–211. DOI: 10.1016 / j.colsurfa.2006.06.042. [CrossRef] [Google Scholar] 9.Миканович Н., Жоликер К., Хаят К., Пейдж М. Модельные системы для исследования стабильности и реологических свойств материалов на цементной основе; Материалы 8-й Международной конференции CANMET / ACI по последним достижениям в технологии бетона; Монреаль, Квебек, Канада. 31 мая — 3 июня 2006 г .; Фармингтон-Хиллз, Мичиган, США: Американский институт бетона; 2006. С. 267–304. [Google Scholar] 10. Хе М., Ван Ю., Форссберг Э. Параметр изучает реологию известняковых шламов. Int. Дж. Майнер. Процесс. 2006; 78: 63–77.DOI: 10.1016 / j.minpro.2005.07.006. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Саак А.В., Дженнинг Х.М., Шах С.П. Влияние скольжения стенки на предел текучести и вязкоупругие измерения цементного теста. Джем. Concr. Res. 2001. 31: 205–212. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00440-3. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Феррарис К.Ф., Гейкер М., Мартис Н.С., Муццатти Н. Калибровка реометра с параллельными пластинами с использованием моделирования Больцмана на основе масла и решетки. J. Adv. Concr. Technol. 2007; 5: 363–371. DOI: 10.3151 / jact.5.363. [CrossRef] [Google Scholar] 13.Феррарис К.Ф., Ли З., Чжан М.Х., Штутцман П. Разработка стандартных образцов для калибровки реометра с цементной пастой. ASTM-Adv. Civ. Англ. Матер. 2013; 2: 140–162. DOI: 10.1520 / ACEM20120003. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ю C.D., Byun S.H., Song J.T. Реологические свойства цементной пасты, содержащей сверхмелкозернистый доменный шлак. J. Korea Ceram. Soc. 2007. 44: 430–436. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.8.430. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Ли С.Х., Пак Дж. С., Ли Дж. И., Чо Дж. У. Влияние порошка известняка на текучесть обычной портландцементной пасты.J. Korea Ceram. Soc. 2013; 50: 149–156. DOI: 10.4191 / kcers.2013.50.2.149. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Song J.T., Choi H.Y. Реологические свойства цементных паст, содержащих метакаолин. J. Korea Ceram. Soc. 2003. 40: 1229–1234. [Google Scholar] 17. Ли З., Дин З. Улучшение свойств портландцемента за счет добавления метакаолина и шлака. J. Cem. Concr. Res. 2002. 33: 579–584. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (02) 01025-6. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Haynes W.M., Lide D.R., Bruno T.J. CRC Справочник по химии и физике.CRC Press; Бока-Ратон, Флорида, США: Taylor & Franics Group; Оксфордшир, Великобритания: 2014. [Google Scholar] 20. Коллиер А.А., Клегг Д.В. Реологические измерения. Чепмен и Холл; Лондон, Великобритания: 1998. [Google Scholar] 21. Дэвис Г.А., Стокс Дж.Р.Об ошибке зазора при реометрии параллельных пластин, которая возникает из-за наличия воздуха при обнулении зазора. J. Rheol. 2005; 49: 919–922. DOI: 10.1122 / 1.1942501. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Свейнделлс Дж. Ф., Харди Р. С., Коттингтон Р. Л. Точные измерения с помощью вискозиметров Бингема и вискозиметров Cannon Master.J. Res. Natl. Inst. Стоять. Technol. 1954. 52: 105–115. DOI: 10.6028 / jres.052.016. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Кросс М. Связь между вязкоупругостью и разжижением при сдвиге в жидкостях. J. Rheol. Acta. 1979; 18: 609–614. DOI: 10.1007 / BF01520357. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Послински А.Дж., Райан М.Э., Гупта Р.К. Реологическое поведение наполненных полимерных систем 1. Предел текучести и эффекты разжижения при сдвиге. J. Rheol. 1988. 32: 703–735. DOI: 10,1122 / 1,549987. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Дэтт С., Эльфринг Дж. Дж. Динамика и реология частиц в жидкостях, разжижающих сдвиг. Дж. Нон-Ньютон. Жидкий мех. 2018 doi: 10.1016 / j.jnnfm.2018.03.016. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Фолл А., Бертран Ф., Оварлес Г., Бонн Д. Сгущение суспензий кукурузного крахмала за счет сдвига. J. Rheol. 2012; 56: 575–591. DOI: 10,1122 / 1,3696875. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Динг Дж., Тараси П., Ли В., Пэн Г., Уиттен П.Г., Уоллес Г.Г. Обзор загущающей жидкости и ее применения. Текст. Light Ind. Sci. Technol. 2013; 2: 161–173.[Google Scholar] 28. Khandavalli S., Rothstein J.P. Расширяющаяся реология загустевших при сдвиге наночастиц коллоидального диоксида кремния, диспергированных в водном растворе полиэтиленоксида. J. Rheol. 2014. 58: 411–431. DOI: 10.1122 / 1.4864620. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Колани Б., Лакаррьер Л.Б., Селье А., Эскадейлас Г., Бутильон Л., Лингер Л. Гидратация цементов с шлаковой смесью. Джем. Concr. Compos. 2012; 34: 1009–1018. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2012.05.007. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Vlcek J., Tomkova V., Ovcacikova H., Овчачик Ф., Топинкова М., Матейка В. Шлаки сталеплавильного производства: свойства и их использование. J. Metalurgija. 2013; 3: 329–333. [Google Scholar] 31. Курунис С., Цивилис С., Цакиридис П.Э., Пападимитриу Г.Д., Цибуки З. Свойства и гидратация цементных смесей со сталеплавильным шлаком. J. Cem. Concr. Res. 2007; 37: 815–822. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2007.03.008. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Пал С.С., Мукерджи А., Патак С.Р. Исследование гидравлической активности измельченного доменного гранулированного шлака в бетоне.J. Cem. Concr. Res. 2003. 33: 1481–1486. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (03) 00062-0. [CrossRef] [Google Scholar]

Предложение составляющих материалов на основе реологического анализа

материалов (Базель). 2018 Apr; 11 (4): 624.

Департамент техники безопасности, Университет Донгук — Кёнджу, 123 Dongdae-ro, Gyeongju 38066, Gyeongbuk, Korea; [email protected]

Поступило 21.03.2018 г .; Принято 16 апреля 2018 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /). Эту статью цитировали в других статьях в PMC.

Abstract

Целью данного исследования было разработать стандартный эталонный материал, который может моделировать характеристики текучести цементного теста. Для этого важно определить материалы, из которых состоит стандартный материал для цементного теста. Обычно цементное тесто представляет собой смесь цемента и воды. Чтобы определить материал, из которого состоит цементное тесто, его разделили на порошок, который может заменить цемент, и матричную жидкость.Используя концепцию реологии, которая позволяет количественно оценивать реологические свойства выбранных материалов при определенных условиях смешивания, эксперименты проводились поэтапно в соответствии с комбинацией состава материалов, стадией старения и типами материалов. В результате было определено, что порошок известняка является заменителем цемента, а глицерин и вода — заменителем матричной жидкости. После анализа совместимости с требуемыми свойствами стандартных материалов в виде твердых частиц было обнаружено, что окончательно выбранный стандартный эталонный материал удовлетворяет требуемым характеристикам.

Ключевые слова: стандартных эталонных материалов, характеристики текучести, цементная паста, реология, стандартные материалы в виде твердых частиц

1. Введение

Большинство мегаполисов сталкиваются с различными проблемами, такими как рост цен на землю, нехватка доступной земли и ограничения на горизонтальное использование земли. Соответственно, спрос на супербетонные конструкции постоянно растет, в результате чего возникло несколько высотных зданий и крупномасштабных сооружений [1,2]. С другой стороны, имея опыт строительства больших бетонных конструкций и хотя строительная отрасль была признана за выдающиеся строительные технологии и достижения, для возведения таких супербетонных конструкций по-прежнему необходимы более качественные строительные технологии.Такая строительная технология высокого стандарта также требует контроля свойств материала во время строительства, имея технологию количественной оценки строительного материала. Короче говоря, чтобы иметь возможность анализировать количественную технологию строительства, важно анализировать материалы количественно. Для этой цели важно разработать стандартный образец, который представляет согласованные характеристики, которые можно измерить количественно при любых условиях. Это позволяет обеспечить более экономичную и эффективную технологию строительства и объективно оценить качество строительства.Следовательно, существует потребность в разработке последовательного материала для контроля качества, основанного на количественной оценке характеристик текучести бетона, который называется стандартным справочным материалом [3,4,5,6,7].

Разработка стандартного справочного материала позволяет стабильно оценивать характеристики строительства, качество которых можно постоянно контролировать независимо от производственного процесса на стадии строительства или подрядчика. Кроме того, станет возможной калибровка различных реометров, которые уже были разработаны для количественного измерения условий потока и характеристик потока с абсолютными значениями, а не только для проверки первоначальной оценки характеристик потока на основе относительного сравнения.В конечном итоге характеристики на этапах первоначального бетонного строительства могут быть оценены количественно, что делает возможными научную оценку эффективности перед строительством и использование стандартных справочных материалов. Кроме того, стандартный эталонный материал также может использоваться в различных областях, включая использование в качестве образца для рециркуляции при испытаниях насосных контуров, которые исследуют производительность насоса, стандартный эталонный образец для оценки испытания цикла замены для оценки деградации насосного оборудования, и стандартный образец для контроля качества в области передовых технологий, таких как цифровая 3D-печать.С другой стороны, бетон — это многокомпонентный материал, который содержит частицы самых разных размеров, от мельчайших частиц, таких как цемент, до крупных частиц диаметром в десятки миллиметров [5,6]. Поэтому активно ведется разработка стандартных стандартных образцов для количественной оценки вяжущих материалов и замена исходных характеристик текучести цементного теста, но нет четкого определения стандартных стандартных образцов [7,8,9,10 ].Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы на основе концепции реологии, которая позволяет оценить свойства текучести, для определения стандарта справочный материал. Для разработки стандартных эталонных материалов для цементного теста необходимо изучить свойства, требуемые для многокомпонентных стандартных эталонных материалов, включая частицы. В настоящее время предлагаются следующие требования к стандартному эталонному материалу с фазой частиц: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама при широкой деформации сдвига; (3) отсутствие изменений реологических или химических свойств между жидкостью и частицами в течение длительного периода времени; (4) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (5) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис) [7].В этом исследовании было изучено несколько пробных материалов для стандартных эталонных материалов для цементного теста и проанализированы их реологические свойства при определенных условиях перемешивания. В этом документе описывается результат оценки материалов, которые соответствуют свойствам, требуемым стандартным эталонным материалом для фаз частиц. Основываясь на результатах этого исследования, наряду с калибровочными материалами для различных систем измерения реометра, исследования стандартного эталонного материала следует постепенно расширять от мельчайших частиц до мелких агрегатов, а затем и до крупных агрегатов, включая стандартный эталонный материал для раствор до материала для бетона [11,12,13].

2. План и методика экспериментов

2.1. План экспериментов

Как правило, цементный порошок и матричная жидкость для цементного теста могут рассматриваться как два типичных компонента. Необходимо тщательно изучить характеристики текучести порошка, который может заменить цемент в виде смеси, а также матричной жидкости в виде смеси цемента и воды. перечисляет составляющие материалы, использованные в этом исследовании. Порошок известняка, доменный шлак, порошок кремнезема и мета-каолин, которые мало реагировали на влажные условия и чей средний диаметр зерна подобен диаметру зерна цемента, были выбраны в качестве предварительной замены цементного порошка.перечисляет составные части каждого материала [14,15,16,17]. Кроме того, кукурузный сироп и глицерин, которые обладают свойствами, аналогичными характеристикам текучести матрицы цементной пасты, а также химической стабильностью, показывающей постоянную вязкость со временем, были выбраны в качестве предварительной замены матричной жидкости [18,19]. перечисляет химический состав глицерина. Использовали кукурузный сироп, содержащий 100% натуральный чистый кукурузный крахмал. Как указано в, эксперимент проводился поэтапно.После обзора требуемых свойств стандартных стандартных материалов были выбраны предварительные материалы для стандартных материалов, и затем был исследован реологический анализ, включающий комбинации композиций, исходные условия смеси и типы материалов. В конце, материалы, выбранные для стандартных стандартных образцов, были оценены на основе требований стандартов для твердых частиц. Смесь была приготовлена ​​путем смешивания глицерина или кукурузного сиропа, выбранного в качестве матричной жидкости для каждого из порошков известняка, доменного шлака, порошка кремнезема и метакаолина.

Таблица 1

Предварительная замена стандартных стандартных образцов (SRM) материалами.

Тип Порошок известняка Глицерин Вода
Эксперимент по размеру частиц порошка известняка 1 мкм Класс (EP
) Вода Дист.
20 мкм
Глицерин
Эксперимент по сортам
20 мкм Марка (EP)
Марка (GR 2 )
901 Мета-каолин
Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
Порошок известняка Кукурузный сироп
Глицерин
Порошок кремнезема

Таблица 2

Анализ составляющих компонентов цементозамещающих материалов.

Заменитель цемента Состав (%)
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 12 MO Ca 3 9017 2 O Na 2 O SO 3 TiO 2
Порошок известняка 0,30 0,10 0.02 0,20 99,30
Доменный шлак 34,69 14,31 0,50 3,93 41,95 2,61
Порошок кремнезема 99,50 0,40 0,05 0,02 0,02 0,02 0,02 0.05
Мета-каолин 53 44 0,25 0,22 0,40 0,23

Таблица 3

Анализ компонентов глицерина.

Acid
Заменитель жидкости Matrix Компонент (%)
Состав NH 4 SO 4 As Fe Acid Acid Acid Acid 9012 Сульфат
Глицерин 99.0 0,005 0,002 0,0002 0,0003 0,0004 0,005 0,2 0,015

Таблица 4

SRM Этапы разработки.

Шаг Содержание
1 Шаг Пересмотреть требования стандартов по твердым частицам
2 Шаг Выбор предварительных материалов
3 Шаг · Комбинация композиций
· Анализ исходной смеси
· Анализ по времени
· Анализ по типу (размер и содержание частиц)
4 Шаг Окончательная проверка компонентов SRM

2.2. Метод эксперимента

Для этого исследования реологический эксперимент, который может оценить начальные характеристики потока, был проведен в первую очередь для изучения свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Ингредиенты смешивали в четыре этапа, продолжительностью 120 с (15 с, 15 с, 30 с и 60 с) с использованием высокоскоростного миксера. В конце каждого этапа ингредиенты замешивались для равномерного смешивания ингредиентов. Реологические свойства были протестированы при постоянной температуре (20 ° C) и времени с использованием реометра Anton Paar ().Как правило, реология определяется соотношением между напряжением сдвига и скоростью сдвига, которые влияют на материалы. В этом исследовании использовалась модель Бингема, приведенная в уравнении (1), для определения пластической вязкости и предела текучести. В этом методе пластическая вязкость определяется наклоном напряжения сдвига, скоростью сдвига и пределом текучести в виде точки пересечения оси y, которая определяется с помощью регрессионного анализа.

где τ , η , γ˙ и τ 0 — напряжение сдвига, пластическая вязкость, скорость сдвига и предел текучести, соответственно.Перед началом эксперимента образцы вращали в течение 60 с со скоростью сдвига 50 с -1 для гомогенизации всех ингредиентов, а затем им давали 10-секундный отдых для достижения равновесия. Скорость сдвига была увеличена с 0,1 с -1 до 40 с -1 , а затем уменьшилась до 0,1 с -1 , а на восходящей и нисходящей кривой сопротивление сдвигу, приложенное к шпинделю, было разделено на скорость вращения. на 10 фаз. Зубчатый шпиндель диаметром 50 мм использовался для предотвращения отделения и скольжения ингредиентов [20,21,22].

3. Результат и анализ

3.1. Реологический анализ в соответствии с Системой составления компонентов

Сначала была проанализирована роль каждого вещества заменителя цемента и заменителя матричной жидкости, чтобы определить состав смеси компонентов стандартного эталонного материала, состоящего из частиц и фаз, который должен быть разработан. Первый вопрос, который необходимо изучить в отношении составляющего состава, заключается в том, следует ли сделать ингредиентный состав для определения стандартного эталонного материала двухкомпонентной системой композиции или системой трехкомпонентной композиции.Для этого обзора были исследованы три комбинации, перечисленные в. Здесь вместо цемента использовался известняковый порошок. Порошок известняка считался наиболее стабильным на протяжении всего процесса эксперимента и имел низкий уровень реакции на влагу. Кроме того, поскольку кукурузный сироп содержит воду, для повышения точности эксперимента использовали глицерин, который не содержит воды и позволяет относительно легче контролировать пропорцию композиции. представляет результаты анализа реологии для каждой комбинации.Двухкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка и глицерина не анализировалась в эксперименте, поскольку она превышала допустимый крутящий момент реометра, поэтому она была исключена из результатов эксперимента.

Реология компонентной системы. ( a ) Порошок известняка + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Таблица 5

Система компонентов для SRM.

Состав Заменитель цемента Заменитель жидкости Matrix Вода
2-компонентная система Порошок известняка Дистиллированная вода
Порошок известняка Глицерин
Трехкомпонентная система Порошок известняка Глицерин Дистиллированная вода

На основе реологического эксперимента для каждой из компонентных систем была проанализирована их совместимость со свойствами, требуемыми для стандартного эталонного материала по фазе частиц.Как показано на, двусторонний нелинейный отклик (гистерезис) был обнаружен в двухкомпонентной комбинированной системе известнякового порошка и воды. С другой стороны, трехкомпонентная комбинированная система из известнякового порошка, глицерина и воды удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с частицами фаз, без какого-либо разделения материалов или гистерезиса. Это указывает на то, что использование матричной жидкости (глицерина) играет важную роль в предотвращении разделения материалов и двустороннего линейного отклика.Следовательно, трехкомпонентная система композиций необходима для разработки стандартного эталонного материала по фазе частиц.

3.2. Реологический анализ на ранней стадии старения

Характеристики текучести на ранней стадии старения были проанализированы путем смешивания каждого из выбранных материалов в определенных пропорциях. Целью этого анализа было оценить совместимость с четырьмя необходимыми свойствами: (1) отсутствие разделения частиц во время эксперимента; (2) представление линейной реакции Бингама в пределах широкой деформации сдвига; (3) достаточный предел текучести для предотвращения отделения материала от агрегата; и (4) практически отсутствует двухсторонний линейный отклик (гистерезис).показаны результаты эксперимента для каждой композиции. Разжижение при сдвиге, которое относится к снижению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, произошло для всех композиций глицерина и кукурузного сиропа в случае метакаолина [23,24,25]. Напротив, для порошка диоксида кремния явление загустения при сдвиге, которое относится к увеличению пластической вязкости после увеличения скорости сдвига, наблюдалось во всех композициях, показывая очень низкий выход [26,27,28]. Для известнякового порошка и доменного шлака линейная реакция Бингема наблюдалась во всем диапазоне деформаций сдвига всех композиций кукурузного сиропа и глицерина.Совместимость каждой композиции на ранних стадиях старения может быть определена с учетом четырех требований к стандартному эталонному материалу по фазе частиц, как показано на. По результатам выяснилось, что известняковый порошок и доменный шлак являются пробными заменителями цемента, которые удовлетворяют всем требованиям.

Реология для всех комбинаций. ( a ) Доменный шлак + глицерин + вода; ( b ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; ( c ) Мета-каолин + Глицерин + Вода; ( d ) Мета-каолин + кукурузный сироп + вода; ( e ) Порошок кремнезема + глицерин + вода; ( f ) Порошок кремнезема + кукурузный сироп + вода; ( г ) Порошок известняка + глицерин + вода; ( h ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода.

Таблица 6

Оценка требуемых реологических свойств для всех комбинаций.

Позиция Разделительное сопротивление Линейность Значение текучести Гистерезис
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O 1 O O O
Глицерин O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O
Глицерин O O O O
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X 2 X O
Глицерин O X X O
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O
Глицерин O X O O

3.3. Анализ времени истечения

3.3.1. Оценка заменителя цемента

Реологический анализ времени был проведен для оценки изменений реологических и химических свойств за более длительный период, помимо свойств, требуемых для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Это важный фактор, позволяющий оценить свойства стандартного эталонного материала, который показывает постоянную производительность потока независимо от времени. Для проведения реологического анализа с течением времени и наблюдения за изменениями химических свойств после смешивания каждого материала были изготовлены образцы, которые были запечатаны и хранились при комнатной температуре.Сначала был проведен реологический анализ для комбинаций известнякового порошка и доменного шлака, выбранных из первоначального анализа характеристик потока при старении с течением времени сразу после смешивания на третий день, а затем на пятый день, как показано на и. Для всех экспериментов образцы анализировали после повторного перемешивания с использованием высокоскоростного миксера. Было изготовлено несколько образцов, чтобы минимизировать изменение пропорции смешивания.

Реология за истекшее время (корпус доменного шлака). ( a ) Доменный шлак + кукурузный сироп + вода; (b ) Доменный шлак + Глицерин + Вода.

Реология за истекшее время (ящик для известнякового порошка). ( a ) Порошок известняка + кукурузный сироп + вода; ( b ) Порошок известняка + глицерин + вода.

Обычно в случае доменного шлака он известен как материал с потенциальными гидравлическими свойствами и, как известно, проявляет гидравлические свойства в присутствии щелочной среды и сосуществует с цементом. Исходя из этих характеристик, доменный шлак был выбран в качестве заменителя цементного порошка.В результате реологического анализа с течением времени пластическая вязкость на третьи сутки была в 3 раза выше, чем в первые сутки в комбинации с кукурузным сиропом. Также на пятый день шлаковая смесь доменного шлака затвердела, и измерения были невозможны. Также было обнаружено, что глицерин со временем имеет более высокую пластическую вязкость. Другими словами, доменный шлак был признан имеющим химическую реакцию из-за его скрытых гидравлических характеристик с течением времени и был исключен из кандидатов на замену цементному порошку [29,30,31,32].С другой стороны, порошок известняка продемонстрировал постоянные реологические свойства независимо от времени, как в смеси с кукурузным сиропом, так и с глицерином. Порошок известняка был в конечном итоге выбран в качестве заменителя цемента на основании результатов анализа реологических и химических свойств в течение длительного периода времени.

3.3.2. Оценка на Matrix Fluid

Изменения в образце, полученном для анализа химических свойств в соответствии с типом матричной жидкости (кукурузный сироп, глицерин), наблюдались с использованием известнякового порошка, выбранного заменителя цемента, который со временем показал постоянные реологические свойства.Как показано на фиг. И, смесь с матричной жидкостью кукурузного сиропа начала проявлять химическую реакцию примерно через две недели после смешивания. На 30-й день на поверхности образца наблюдали обесцвечивание из-за образования плесени и других факторов. С другой стороны, образец, смешанный с глицерином, не показал изменения химических свойств в течение 30 дней, и исходные условия текучести были воспроизведены путем повторного перемешивания. На основании этих результатов были оценены свойства, требуемые для стандартного эталонного материала с фазой частиц, как указано в.На основании приведенных выше результатов, когда были оценены требуемые свойства стандартного эталонного материала в виде частиц, в случае порошка известняка произошла химическая реакция в комбинации с кукурузным сиропом, но все требуемые характеристики были удовлетворены в комбинации с глицерином. Доменный шлак вступает в химическую реакцию во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин. Порошок диоксида кремния не демонстрировал линейную реакцию Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и имели место низкий предел текучести и химическая реакция.Мета-каолин также не показал линейной реакции Бингама во всех составах, таких как кукурузный сироп и глицерин, и химическая реакция произошла в сочетании с кукурузным сиропом, как указано в. Основываясь на результатах анализа реологических и химических свойств, в конечном итоге в качестве заменителя матричной жидкости был выбран глицерин.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + глицерин + вода). ( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Химическое изменение образца при длительном воздействии (порошок известняка + кукурузный сироп + вода).( a ) Сразу после смешивания; ( b ) Через 30 дней.

Таблица 7

Оценка соответствия для всех комбинаций.

Позиция Сопротивление разделению Линейность Значение текучести Гистерезис Химическая стабильность
Дистиллированная вода Порошок известняка Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O O
Доменный шлак Кукурузный сироп O O O O X
Глицерин O O O O X
Порошок кремнезема Кукурузный сироп O X X O X
Глицерин O X X O X
Мета-каолин Кукурузный сироп O X O O X
Глицерин O X O O O

Таблица 8

Эксперимент для различных типов известняка и глицерина.

90,1574. Анализ выбранных составляющих материалов по разным типам

Комбинация известнякового порошка, глицерина и воды оказалась наиболее подходящей для свойств, требуемых для стандартного эталонного материала по фазе частиц цементного теста. Стандартный эталонный материал для фаз частиц, который должен быть разработан, должен иметь постоянные характеристики текучести в пределах диапазона погрешности, и для этой цели необходимо учитывать размер частиц известнякового порошка и сорт глицерина.Для всех вышеупомянутых экспериментов использовали глицерин сорта Extra Pure (EP) и порошок известняка с диаметром зерна 20 мкм. В настоящее время на заводах производятся три типа известнякового порошка с размером частиц 1 мкм, 10 мкм и 20 мкм, в то время как глицерин производится двух марок: сорт особо чистого (EP) и сорт гарантированного реагента (GR). Кроме того, реологический анализ был проведен в соответствии с размером частиц порошка известняка (1 мкм, 10 мкм и 20 мкм) и качеством глицерина (EP и GR), как показано на, для определения изменений в характеристиках текучести каждого тип.Для сравнения с другими экспериментами для анализа использовали глицерин марки EP в соответствии с размером частиц порошка известняка, а порошок известняка с диаметром частиц 20 мкм использовали для эксперимента по степени чистоты глицерина. Результаты показаны в и. В эксперименте в соответствии с размером частиц порошка известняка размер частиц 1 мкм показал явление утолщения при сдвиге, выражающееся в увеличении пластической вязкости с увеличением скорости сдвига. Эти результаты предполагают, что чем меньше размер частиц, т.е.е., чем выше концентрация, тем больше возникает утолщение при сдвиге. Считается, что чем меньше размер частиц, тем выше пластическая вязкость из-за увеличения площади межфазного трения [10]. Для известнякового порошка с размером частиц 10 мкм и 20 мкм все требования к стандартному эталонному материалу с частицами фаз были удовлетворены, но пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц, что объяснялось увеличением площади трения между частицами при уменьшении размера частиц. [7].Пластическая вязкость для GR была немного выше, чем для EP в эксперименте с использованием глицерина разных сортов, но оба типа глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. В целом, при рассмотрении среднего размера частиц цемента, результаты рекомендуют использование известнякового порошка с размером частиц 20 мкм и любой марки глицерина.

Реология для различных размеров порошка известняка.

Реология для различных марок глицерина (EP и GR).

4. Выводы

Это исследование было направлено на разработку стандартного эталонного материала по фазе частиц, который может имитировать текучесть цементного теста, самого основного компонента бетона. Три компонента, заменитель цемента, заменитель матричной жидкости и вода, были выбраны для состава стандартного эталонного материала, который будет разработан. Учитывая их физико-химические свойства, в качестве заменителей цемента были выбраны известняковый порошок, доменный шлак, метакаолин и кремнеземный порошок, которые практически не вступают в реакцию с водой.Кукурузный сироп и глицерин, которые имеют постоянную во времени вязкость и химическую стабильность, были выбраны в качестве матричных жидкостей. В эксперименте и анализе совместимость со свойствами, необходимыми для стандартного эталонного материала с частицами фаз, с учетом систем состава смеси (двухкомпонентная система, трехкомпонентная система), стадии старения, истечения времени и типов материалов (размеры частиц и марок) был проанализирован для получения окончательного состава стандартного эталонного материала для цементного теста.Результаты можно резюмировать следующим образом:

  • (1)

    При реологическом анализе двухкомпонентной композиционной системы с известняковым порошком и водой наблюдалась двусторонняя нелинейная реакция. С другой стороны, трехкомпонентная композиционная система с известняковым порошком, глицерином и водой удовлетворяла всем требованиям, предъявляемым к стандартному эталонному материалу с фазой частиц. Таким образом, трехкомпонентный состав был признан подходящим в качестве стандартного эталонного материала для цементного теста.

  • (2)

    При реологическом анализе начальных стадий старения каждой смеси заменителя цемента, разжижение при сдвиге происходило для метакаолина, а утолщение при сдвиге происходило для порошка кремнезема. Было обнаружено, что и известняковый порошок, и доменный шлак удовлетворяют требованиям для начальной стадии старения стандартного эталонного материала с частицами фазы.

  • (3)

    Проанализированы изменения текучести и химических свойств во времени.Пластическая вязкость доменного шлака со временем увеличивалась, и во всех образцах сохранялась прочность. Однако стабильные характеристики текучести и химические свойства с течением времени были получены с порошком известняка, который удовлетворял всем свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с частицами.

  • (4)

    В образце, смешанном с матричной жидкостью кукурузного сиропа, произошла химическая реакция, включая образование плесени и обесцвечивание. Образец, смешанный с глицерином, со временем показал химическую стабильность.

  • (5)

    Реологический анализ был проведен для изучения изменений характеристик текучести в зависимости от размера частиц известнякового порошка и марок глицерина. Результат показал, что пластическая вязкость увеличивалась с уменьшением размера частиц известнякового порошка, и все его образцы, за исключением образца с размером частиц 1 мкм, соответствовали свойствам, требуемым для стандартного эталонного материала с фазой частиц. Все марки глицерина удовлетворяли требованиям, предъявляемым к стандартным эталонным материалам с частицами фаз.

  • (6)

    Был исследован состав стандартного эталонного материала для цементного теста, основного компонента бетона, и была обнаружена комбинация известнякового порошка в качестве заменителя цемента, глицерина в качестве заменителя матричной жидкости и воды. быть наиболее подходящим. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы предложить составные части стандартных эталонных материалов раствора и бетона на основе комбинации смесей, предложенной в этом исследовании.

Благодарности

Это исследование было поддержано Исследовательским фондом Университета Донгук в 2015 году.

Вклад авторов

Дон Гю Ли провел все эксперименты, проанализировал данные и написал рукопись. Мён Сон Чой был главным исследователем и руководил всей работой.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Гу Х.С., Ли Г.К., Сун Х.Й. Сравнительное исследование методов оценки реологических свойств цементной пасты. J. Korea Inst. Строить. Констр. 2006; 21: 75–82.[Google Scholar] 2. Хван Х.Дж., Ли С.Х., Ли В.Дж. Влияние гранулометрического состава вяжущего на реологические свойства шлакоцементных паст. J. Korea Ceram. Soc. 2007; 44: 6–11. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.1.006. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Папо А., Пиани Л. Влияние различных суперпластификаторов на реологические свойства портландцементных паст. Джем. Concr. Res. 2004; 34: 2097–2101. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2004.03.017. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Феррарис К.Ф., Обла Х.К., Рассел Х.Влияние минеральных добавок на реологию цементной пасты и бетона. Джем. Concr. Res. 2001; 31: 245–255. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00454-3. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Хироши М., Ясуо Т. Современное состояние анализа потока свежего бетона. J. Korea Concr. Inst. 1995; 7: 23–32. [Google Scholar] 6. Nehdi M., Mindess S., Aitcin P.C. Реология бетона с высокими эксплуатационными характеристиками: влияние ультрамелких частиц. Джем. Concr. Res. 1998. 28: 687–697. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (98) 00022-2. [CrossRef] [Google Scholar] 7.Феррарис К.Ф., Штутцман П.Е., Гатри В.Ф., Винпиглер Дж. Сертификация SRM 2492: смесь пасты Бингема для реологических измерений. Национальный институт стандартов и технологий; Гейтерсбург, Мэриленд, США: 2012. SP-260-174_Rev. [Google Scholar] 8. Миканович Н., Хаят К., Пейдж М., Джоликер К. Водные дисперсии CaCO 3 в качестве эталонных систем для вяжущих материалов раннего возраста. Colloids Surf. Physicochem. Англ. Asp. 2006; 291: 202–211. DOI: 10.1016 / j.colsurfa.2006.06.042. [CrossRef] [Google Scholar] 9.Миканович Н., Жоликер К., Хаят К., Пейдж М. Модельные системы для исследования стабильности и реологических свойств материалов на цементной основе; Материалы 8-й Международной конференции CANMET / ACI по последним достижениям в технологии бетона; Монреаль, Квебек, Канада. 31 мая — 3 июня 2006 г .; Фармингтон-Хиллз, Мичиган, США: Американский институт бетона; 2006. С. 267–304. [Google Scholar] 10. Хе М., Ван Ю., Форссберг Э. Параметр изучает реологию известняковых шламов. Int. Дж. Майнер. Процесс. 2006; 78: 63–77.DOI: 10.1016 / j.minpro.2005.07.006. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Саак А.В., Дженнинг Х.М., Шах С.П. Влияние скольжения стенки на предел текучести и вязкоупругие измерения цементного теста. Джем. Concr. Res. 2001. 31: 205–212. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00440-3. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Феррарис К.Ф., Гейкер М., Мартис Н.С., Муццатти Н. Калибровка реометра с параллельными пластинами с использованием моделирования Больцмана на основе масла и решетки. J. Adv. Concr. Technol. 2007; 5: 363–371. DOI: 10.3151 / jact.5.363. [CrossRef] [Google Scholar] 13.Феррарис К.Ф., Ли З., Чжан М.Х., Штутцман П. Разработка стандартных образцов для калибровки реометра с цементной пастой. ASTM-Adv. Civ. Англ. Матер. 2013; 2: 140–162. DOI: 10.1520 / ACEM20120003. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ю C.D., Byun S.H., Song J.T. Реологические свойства цементной пасты, содержащей сверхмелкозернистый доменный шлак. J. Korea Ceram. Soc. 2007. 44: 430–436. DOI: 10.4191 / KCERS.2007.44.8.430. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Ли С.Х., Пак Дж. С., Ли Дж. И., Чо Дж. У. Влияние порошка известняка на текучесть обычной портландцементной пасты.J. Korea Ceram. Soc. 2013; 50: 149–156. DOI: 10.4191 / kcers.2013.50.2.149. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Song J.T., Choi H.Y. Реологические свойства цементных паст, содержащих метакаолин. J. Korea Ceram. Soc. 2003. 40: 1229–1234. [Google Scholar] 17. Ли З., Дин З. Улучшение свойств портландцемента за счет добавления метакаолина и шлака. J. Cem. Concr. Res. 2002. 33: 579–584. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (02) 01025-6. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Haynes W.M., Lide D.R., Bruno T.J. CRC Справочник по химии и физике.CRC Press; Бока-Ратон, Флорида, США: Taylor & Franics Group; Оксфордшир, Великобритания: 2014. [Google Scholar] 20. Коллиер А.А., Клегг Д.В. Реологические измерения. Чепмен и Холл; Лондон, Великобритания: 1998. [Google Scholar] 21. Дэвис Г.А., Стокс Дж.Р.Об ошибке зазора при реометрии параллельных пластин, которая возникает из-за наличия воздуха при обнулении зазора. J. Rheol. 2005; 49: 919–922. DOI: 10.1122 / 1.1942501. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Свейнделлс Дж. Ф., Харди Р. С., Коттингтон Р. Л. Точные измерения с помощью вискозиметров Бингема и вискозиметров Cannon Master.J. Res. Natl. Inst. Стоять. Technol. 1954. 52: 105–115. DOI: 10.6028 / jres.052.016. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Кросс М. Связь между вязкоупругостью и разжижением при сдвиге в жидкостях. J. Rheol. Acta. 1979; 18: 609–614. DOI: 10.1007 / BF01520357. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Послински А.Дж., Райан М.Э., Гупта Р.К. Реологическое поведение наполненных полимерных систем 1. Предел текучести и эффекты разжижения при сдвиге. J. Rheol. 1988. 32: 703–735. DOI: 10,1122 / 1,549987. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Дэтт С., Эльфринг Дж. Дж. Динамика и реология частиц в жидкостях, разжижающих сдвиг. Дж. Нон-Ньютон. Жидкий мех. 2018 doi: 10.1016 / j.jnnfm.2018.03.016. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Фолл А., Бертран Ф., Оварлес Г., Бонн Д. Сгущение суспензий кукурузного крахмала за счет сдвига. J. Rheol. 2012; 56: 575–591. DOI: 10,1122 / 1,3696875. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Динг Дж., Тараси П., Ли В., Пэн Г., Уиттен П.Г., Уоллес Г.Г. Обзор загущающей жидкости и ее применения. Текст. Light Ind. Sci. Technol. 2013; 2: 161–173.[Google Scholar] 28. Khandavalli S., Rothstein J.P. Расширяющаяся реология загустевших при сдвиге наночастиц коллоидального диоксида кремния, диспергированных в водном растворе полиэтиленоксида. J. Rheol. 2014. 58: 411–431. DOI: 10.1122 / 1.4864620. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Колани Б., Лакаррьер Л.Б., Селье А., Эскадейлас Г., Бутильон Л., Лингер Л. Гидратация цементов с шлаковой смесью. Джем. Concr. Compos. 2012; 34: 1009–1018. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2012.05.007. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Vlcek J., Tomkova V., Ovcacikova H., Овчачик Ф., Топинкова М., Матейка В. Шлаки сталеплавильного производства: свойства и их использование. J. Metalurgija. 2013; 3: 329–333. [Google Scholar] 31. Курунис С., Цивилис С., Цакиридис П.Э., Пападимитриу Г.Д., Цибуки З. Свойства и гидратация цементных смесей со сталеплавильным шлаком. J. Cem. Concr. Res. 2007; 37: 815–822. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2007.03.008. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Пал С.С., Мукерджи А., Патак С.Р. Исследование гидравлической активности измельченного доменного гранулированного шлака в бетоне.J. Cem. Concr. Res. 2003. 33: 1481–1486. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (03) 00062-0. [CrossRef] [Google Scholar]

Справочная лаборатория цемента и бетона: повышение качества при лабораторных испытаниях

Опубликовано

Аннотация

В начале 20 века ряд организаций, включая ASTM, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) и Ассоциацию портландцемента, сотрудничали в деятельности по совершенствованию и стандартизации спецификаций и методов испытаний портландцемента.Это привело к созданию Справочной лаборатории цемента (CRL) в NIST в 1929 году при спонсорской поддержке Комитета C01 ASTM по цементу. Позже к программе CRL были добавлены и другие бетонные материалы, а в 1960 году Комитет ASTM C09 по бетону и бетонным материалам также стал спонсором. Затем название CRL было изменено на Справочная лаборатория цемента и бетона (CCRL). Программы лабораторных инспекций и образцов для повышения квалификации CCRL со временем эволюционировали и теперь охватывают портландцемент, смешанный цемент и цемент для каменной кладки; портландцементный бетон; заполнители портландцемента; пуццоланы; и арматурная сталь.В настоящее время в программах CCRL участвуют более 1000 лабораторий. В этом документе описывается эволюция программ CCRL и рост участия лабораторий; использование программ CCRL аккредитованными лабораториями, государственными органами, производителями материалов и другими; и разработка исследовательской программы в сотрудничестве с NIST, которая поддерживает разработку стандартов на цемент и бетон.

Цитата

Новости стандартизации Astm

Ключевые слова

AMRL, CCRL, цемент, бетон, строительство, лаборатория, материалы, испытания

Цитата

Пилерт, Дж.(2002), Справочная лаборатория цемента и бетона: повышение качества лабораторных испытаний, Новости стандартизации Astm (Доступ 22 октября 2021 г.)

Дополнительные форматы цитирования

ASTM International — Справочная лаборатория цемента и бетона

Повысьте качество ваших испытаний в промышленности строительных материалов с помощью Справочной лаборатории цемента и бетона ASTM (CCRL).CCRL предоставляет инструкции, рекомендации и разъяснения, необходимые для профессионального, точного и последовательного применения стандартов ASTM в рамках программ для лабораторной инспекции и .


Образец программы повышения квалификации

Оцените качество испытаний в вашей лаборатории и определите проблемы с оборудованием и процедурами с помощью программы профессиональных образцов, предоставленной Справочной лабораторией цемента и бетона ASTM (CCRL).

Лаборатории

контролируют качество своих испытаний между инспекциями лабораторий ASTM на месте и поддерживают программы аккредитации, проводимые другими организациями.

Предлагаемые образцы программ повышения квалификации:
  • Портлендский цемент
  • Цемент смешанный
  • Кладочный цемент
  • Пуццолан
  • Бетон
  • Кладочный раствор
  • Каменная кладка
  • Стальной арматурный стержень
  • Реакционная способность агрегатов со щелочами (ASR)

Основанная в 1936 году и спонсируемая Комитетом ASTM C01 по цементу и C09 по бетону и заполнителям, программа профессиональных образцов обслуживает почти 1600 лабораторий по всему миру.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с CCRL, 240-436-4800 или посетите сегодня.


Программа проверки лабораторий

Эта программа проверки на месте предоставляет вашей лаборатории исчерпывающий отчет о том, насколько ее процедуры, методы, оборудование и помещения соотносятся с требованиями стандартов ASTM. Инспектор лаборатории CCRL проверяет критические размеры и рабочие характеристики оборудования; наблюдает, как техник демонстрирует процедуры испытаний; и проверяет систему качества при соблюдении соответствующих стандартов ASTM.Цель состоит в том, чтобы обеспечить последовательную и справедливую оценку, чтобы лаборатория и ее клиенты могли быть уверены в высоком качестве тестирования и в том, что стандарты ASTM используются правильно.

Предлагаемых проверок:
  • Цемент
  • Бетон
  • Агрегат
  • Стальные арматурные стержни
  • Пуццолан
  • Цемент шлаковый
  • Кладка
  • Система качества

Для получения дополнительной информации свяжитесь с CCRL, 240-436-4800 или посетите сегодня.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены.

Тип Порошок известняка Глицерин Вода
Эксперимент по размеру частиц порошка известняка 1 мкм Класс (EP
) Вода Дист.
20 мкм
Глицерин
Эксперимент по сортам
20 мкм Марка (EP)
Марка (GR 2 )