Плотность цементного раствора определяется по формуле

ГОСТ 26798.1-85 Цементы тампонажные. Методы определения растекаемости, плотности, водоотделения, времени загустевания и сроков схватывания

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЦЕМЕНТЫ ТАМПОНАЖНЫЕ
Методы определения растекаемости, плотности, водоотделения,
времени загустевания и сроков схватывания

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Методы определения растекаемости, плотности, водоотделения, времени загустевания и сроков схватывания

Oil-well cements. Test methods of flowability, density, water-el: mination, thickening time and setting time

Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 12 декабря 1935 г. № 230 срок введения установлен

Настоящий стандарт распространяется на все виды тампонажных цементов и устанавливает методы испытаний для определения растекаемости, плотности, водоотделения, времени загустевания и сроков схватывания цементного теста.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТЕКАЕМОСТИ

Чаша, лопатка по ГОСТ 310.3-76.

Мешалка для перемешивания цементного теста по СТ СЭВ 3920-82 (п. 4.1). Допускается применение мешалки по черт. 1 со скоростью вращения лопастного устройства (1500±100) мин -1 , объемом перемешиваемого раствора в стакане цилиндрической формы от 500 до 900 см 3 .

Допускается применение мешалок иной конструкции, обеспечивающих получение однородного цементного теста при времени перемешивания (180±5) с.

Измерительный столик, установленный горизонтально по уровню, снабженный шкалой, представляющей собой концентрические окружности с минимальным диаметром 70 мм и максимальным не менее 250 мм. Цена деления шкалы должна быть не более 5 мм. Столик должен быть покрыт стеклом.

Линейка с погрешностью ±1 мм по ГОСТ 427-75.

Испытательное оборудование и средства измерений должны подвергаться поверке в соответствии с обязательным приложением.

1.2. Проведение испытаний

1.2.1. Форму-конус устанавливают на стекле в центре измерительного столика таким образом, чтобы внутренняя окружность формы совпадала с начальной окружностью шкалы столика. Внутреннюю поверхность конуса и стекло перед испытанием протирают влажной тканью.

1.2.2. Цементное тесто готовят по ГОСТ 26798.0-85.

1.2.3. Готовым цементным тестом заполняют форму-конус до верхнего торца. Интервал времени от момента окончания перемешивания до момента начала заполнения конуса не должен быть более 5 с. Затем конус резко поднимают в вертикальном направлении.

Мешалка для перемешивания цементного теста

1 — лопастное устройство; 2 — стакан

1.2.4. Диаметр расплыва цементного теста измеряют во взаимно перпендикулярных направлениях металлической линейкой. За значение растекаемости принимают среднее из результатов двух измерений. При этом расхождение между большим и меньшим диаметром не должно быть более 10 мм.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

Лабораторные весы общего назначения по ГОСТ 24104-88 или другие весы с пределом взвешивания не ниже 500 г и погрешностью взвешивания не более 1,0 г.

Пикнометр вместимостью (100±0,5) см 3 (черт. 3).

Чаша и лопатка по ГОСТ 310.3-76.

Мешалка для перемешивания цементного теста по п. 1.1.

2.2. Проведение испытаний

2.2.1. Определяют массу чистого сухого пикнометра с погрешностью до 1,0 г.

2.2.2. Цементное тесто готовят по ГОСТ 26798.0-85.

2.2.3. По окончании перемешивания пикнометр заполняют цементным тестом и закрывают крышкой, при этом цементное тесто должно заполнить канал в крышке пикнометра. Избыток теста, выступивший из отверстия в крышке, удаляют влажной тканью.

2.2.4. Массу пикнометра, заполненного цементным тестом, определяют с погрешностью до 1,0 г.

1 — пробка; 2 — стакан

2.2.5. Плотность цементного теста r _ц вычисляют с округлением до 10 кг/м 3 по формуле

кг/м 3 , (1)

где т₁ — масса пустого пикнометра, г;

т₂ — масса пикнометра с цементным тестом, г;

V — вместимость пикнометра, см.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДООТДЕЛЕНИЯ

Чаша, лопатка по ГОСТ 310.3- 76.

Мешалка для перемешивания цементного теста по п. 1.1.

2 мерных цилиндра по ГОСТ 1770-74, исполнение 2 или 3, вместимостью 250 мл. с ценой деления не более 2 см 3 .

3.2. Проведение испытаний

3.2.1. Цементное тесто готовят по ГОСТ 26798.0-85.

3.2.2. Цементное тесто заливают в два цилиндра так, чтобы в каждом из них метка 250 см находилась на уровне верхнего края мениска.

3.2.3. Цилиндры оставляют в покое при температуре (20±3) ° С . Через 2 ч измеряют объем отделившейся сверху воды. Разница в отстоях в обоих цилиндрах не должна быть более 0,5 см 3 .

3.2.4. Водоотделение ( W ) в процентах от объема цемента вычисляют с точностью до 0,1 % по формуле

, (2)

где v₁ и v₂ — объем отделившейся воды соответственно в первом и втором цилиндрах, см 3 .

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЗАГУСТЕВАНИЯ

Мешалка для перемешивания цементного теста по п. 1.1.

Чаша, лопатка по ГОСТ 310.3-76.

Консистометр КЦ-5 для испытания цементов при низких, нормальных и умеренных температурах.

Консистометр КЦ-3 для испытаний цементов при повышенных и высоких температурах. Допускается применение консистометра КЦ-3 для испытаний цементов при низких, нормальных и умеренных температурах.

Консистометры должны быть прокалиброваны в соответствии с инструкцией к прибору. Схема измерительного узла консистометра приведена на черт. 4.

Допускается применение консистометров иной марки, обеспечивающих получение результатов испытаний, сопоставимых с результатами, полученными на консистометрах КЦ-3 и КЦ-5.

4.2. Проведение испытаний

4.2.1. Цементное тесто готовят по ГОСТ 26798.0-85.

4.2.2. Испытание проводят в соответствии с инструкцией к прибору. Температурный режим и давление — по ГОСТ 26798.0-85.

4.2.3. Частота вращения стакана консистометров КЦ-3 и КЦ-5 должна быть (150±5) мин -1 . Допускается проводить испытания при частоте вращения стакана этих консистометров (60±2) мин -1 .

4.2.4. Временем загустевания цементного теста считают время от начала затворения до момента достижения консистенции 30 единиц консистенции (ед. к) по шкале прибора.

Схема измерительного узла консистометра

1 — лопастное устройство; 2 — стакан

5 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКОВ СХВАТЫВАНИЯ

Мешалка для перемешивания цементного теста по п. 1.1.

Чаша и лопатка по ГОСТ 310.3-76.

Прибор Вика с иглой по ГОСТ 310.3-76.

Кольцо к прибору Вика по ГОСТ 310.3-76.

Подставка к прибору (черт. 5).

Термостат, обеспечивающий соблюдение режима по ГОСТ 26798.0-85. Воду в термостате меняют через каждые 7 сут.

Автоклав, обеспечивающий соблюдение режимов по ГОСТ 26798.0-85, с устройством для определения сроков схватывания. Устройство должно быть снабжено набором стержней с иглами или механизмом для сбрасывания иглы и поворота кольца после каждого измерения. Масса стержня с иглой должна быть (340 ± 2) г. Форма, размеры и состояние иглы должны соответствовать ГОСТ 310.3-76.

Подставка к прибору Вика

* i — толщина стенки кольца Вика

5.2. Определение сроков схватывания цементов для низких и нормальных температур

5.2.2. Кольцо прибора Вика и подставку к нему предварительно смазывают смазочным маслом любой марки (индустриальным или консервационным) или пластичной смазкой любой марки и устанавливают кольцо на подставку.

5.2.3. Цементное тесто готовят по ГОСТ 26798.0-85.

5.2.6. Первое погружение иглы в цементное тесто производят не позднее чем через 1 ч 30 мин после затворения, последующие — через 1 ч 45 мин, 2 ч и 2 ч 15 мин, а в дальнейшем — не реже чем через каждый час.

5.3. Определение сроков схватывания цементов для умеренных температур

5.3.1. Подготовку к испытаниям проводят по пп. 5.2.1 — 5.2.4.

5.3.2. Кольцо Вика накрывают металлической или стеклянной пластинкой и помещают в термостат таким образом, чтобы уровень воды над кольцом был не менее 2 см. Через 1 ч 30 мин кольцо с цементным тестом вынимают из термостата и проводят испытания по п. 5.2.5. Повторные испытания проводят до фиксации начала схватывания через каждые 15 мин, а в дальнейшем не реже чем через каждые 30 мин. После каждого испытания кольцо снова помещают в термостат.

5.4. Определение сроков схватывания цементов для повышенных температур

5.4.1. Цементное тесто готовят по ГОСТ 26798.0-85.

5.4.2. Кольцо устройства для определения сроков схватывания смазывают тонким слоем пластичной смазки любой марки.

Цементное тесто заливают в кольцо устройства для определения сроков схватывания. Закрепляют кольцо в устройстве и помещают его в автоклав, который полностью заполняют рабочей жидкостью согласно инструкции к нему и герметизируют.

5.4.3. Погружать иглы следует в соответствии с программой испытаний. Результаты погружений определяют согласно инструкции по эксплуатации, прилагаемой к устройству для определения сроков схватывания. Интервал времени между последующими погружениями иглы не должен превышать 1 ч.

5.5. Началом схватывания цементного теста считают время, прошедшее от начала затворения до момента, когда игла не доходит до подставки на 1 — 2 мм. Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения до момента, когда игла погружается в тесто на глубину от 1 до 3 мм.

ПРИЛОЖЕНИЕ
Обязательное

ПОВЕРКА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Поверке подлежат форма-конус, пикнометр, консистометр, автоклав, прибор Вика, устройство для определения сроков схватывания в автоклаве.

2. Поверку производят в соответствии с утвержденными методиками с периодичностью не реже одного раза и год.

3. Проверяемые параметры аппаратуры приведены в таблице.

Как рассчитать количество утяжелителя

Плотность мерить умеем. Теперь нам нужно уметь рассчитывать количество утяжелителя для получения нужной плотности.

Для этого мы воспользуемся экселевским файлом с забитыми формулами. В этом файлике выбираем лист «Расчет утяжелителя» и там, кроме таблицы основного расчета будет таблица плотностей утяжелителей, выглядит она так:

Здесь мы видим плотности самых популярных утяжелителей и максимальную плотность, до которой можно утяжелится используя их.

И так, как же считать? К примеру у нас 100 м 3 бурового раствора в циркуляции и нам понадобилось утяжелиться с 1,25 г/см 3 до 1,28 г/см 3 . Эти три сотки мы будем набирать галитом(NaCl), т. е. наш утяжелитель NaCl его плотность(из таблицы выше) равна 2,17 г/см 3 .

Вот в такой табличке мы забиваем первые три столбика и получим необходимую массу на 1м 3 . Еще раз 1 ячейка — плотность утяжелителя, 2 — Плотность до которой нужно утяжелить и 3- плотность исходного раствора.

У нас получилось 73,15 кг на 1м 3 , учитывая то, что у нас в цикле 100м 3 бурового раствора, 73,15*100=7315 кг.

7315 кг NaCl нам понадобится для того, чтобы утяжелить 100 м 3 бурового раствора с 1,25г/см 3 до 1,28г/см 3 .

Классификация материала по удельному весу

По значению средней плотности установлены следующие типы бетона:

1. Особо тяжелый вид с удельным весом свыше 2500кг/м3. В таком бетоне в виде заполнителя применяются стальные элементы, железная руда или магнетит. Примерами особо тяжёлых типов являются магнетитовый, баритовый бетон, сталебетон и т.д. Они используются для возведения особо прочных защитных блоков и дамб, например, в строительстве атомных электростанций для защиты персонала от радиации.
2. Тяжёлый тип с плотностью 2-2,5 т/м3, в котором заполнителями являются плотный песок, гранит, мрамор, известняк и другие горные минералы. Этот тип находит основное применение в строительстве объектов тяжёлой промышленности, например, в возведении опор для мостов, линий электропередач, заливки фундаментов многоэтажных зданий.
3. Облегчённый тип имеет среднюю плотность 300-2000 кг/м3. Стандартным заполнителем в облегчённом типе бетона является щебень. Этот тип известен среди потребителей под названием обычного бетона, широко применяемого в возведении монолитных и блочных жилых домов, заливке фундаментов под малоэтажные здания.
4. Лёгкий тип, обладающий удельной массой в пределах 500-1800 кг/м3, использует пористый наполнитель в виде пемзы или керамзита. Среди лёгких типов бетона принято различать 2 их вида: более плотный (1,4-1,8 т/м3) конструктивный бетон и менее плотный (0,5-1,400 т/м3) теплоизоляционный бетон. Оба вида широко практикуются в строительстве жилого сектора и бизнес-объектов. Особую актуальность они имеют при возведении зданий в районах с повышенной сейсмической опасностью.
5. Особо лёгкий тип, имеющий плотность не более 500 кг/м3, включает в виде заполнителя такие породы камня, как арболит или перлит. В число особо лёгких типов входят пено- и газобетоны. Они часто применяются при возведении и утеплении стен, перекрытий, перегородок в жилых зданиях и служебных постройках.В строительстве нередко при возведении одного сооружения в зависимости от назначения и степени нагрузки могут использоваться разные типы бетона.

Видео: Проверка прочности железобетонной конструкции

Определение плотности гидростатическим взвешиванием

При погружении тела последовательно в разные жидкости оно вытеснит равные по объему, но разные по массе количества этих жидкостей. Массы этих объемов прямо пропорциональны плотностям жидкостей.

Следовательно, тело массой m в воде будет иметь кажущуюся массу m1, а разность m – m1 будет равна массе вытесненной этим телом воды. В другой жидкости тело будет иметь кажущуюся массу m2, а разность m — m2 будет равна массе вытесненной жидкости.

Если для определения плотности применять тело определенной массы и объема (стеклянный поплавок), а в качестве «другой» жидкости — исследуемую, то относительную плотность последней легко вычислить по формуле:

При использовании гидростатических весов Мора-Вестфаля, прокалиброванных с учетом определенного объема стеклянного поплавка, результат определения плотности не нужно вычислять по формуле; его сразу отсчитывают по взятому разновесу для достижения равновесия весов.

Гидростатические весы (рис. 203) состоят из неравноплечего коромысла 2, опирающегося призмой на подушку, которая заделана в вилке раздвижной колонки 1, скрепляемой прижимным винтом 9 и снабженной установочным винтом 7. На одном плече коромысла жестко укреплен постоянный противовес 3 с указателем 6 и шкалой 8, а на другом, при помощи серьги 4, к грузоприемной призме подвешен на тонкой металлической проволоке поплавок 5 с впаянным в него термометром. Плечо коромысла, несущее грузоподъемную призму, разделено на 10 равных частей углубленными нарезами, на которые навешивают специальные гири-рейтеры. Для наливания испытуемой жидкости к весам прилагается специальный стеклянный цилиндр 10. Набор разновесов состоит из нескольких рейтеров: два из них имеют массу, равную массе воды, вытесненной данным поплавком при 20 °С; другие разновески в 10, 100 и 1000 раз меньше.

Определение плотности производят на проверенных весах. Для этого металлические части весов тщательно протирают, а поплавок и проволоку промывают этиловым спиртом и диэтиловым эфиром и просушивают продуванием воздуха.

После этого, не касаясь поплавка и проволоки руками, пинцетом подвешивают их на крючок коромысла весов. С помощью установочного винта 7 колонку с коромыслом устанавливают в равновесие. Колонка при этом должна быть установлена строго вертикально. После установления равновесия весов с подвешенным поплавком в воздухе наливают в стеклянный цилиндр дистиллированную воду с температурой точно 20 °С и опускают поплавок в воду так, чтобы в воде был не только весь поплавок, но и часть проволоки (около 15 мм).

При опускании поплавка в воду нужно следить за тем, чтобы он находился в середине цилиндра, а не прикасался к стенке. При этом равновесие весов нарушится и плечо коромысла с поплавком поднимется. Для восстановления равновесия навешивают на 10-е деление коромысла (на крючок) гирю-единицу. Если равновесие не наступает, то коромысло приводят в равновесие с помощью самой маленькой гири, навешивая ее на 1-е, 2-е, 3-е или 4-е деление, если гиря-единица несколько легче, чем нужно; если гиря-единица несколько тяжелее, чем нужно, то ее навешивают на 9-е деление, а самую маленькую — на 9-е, 8-е, 7-е или 6-е деление. Установленную таким образом величину ошибки в пределах ±0,0004 учитывают при помощи отклонений коромысла, производя отсчет при определении плотности испытуемой жидкости при тех же самых отклонениях указательной стрелки. Если ошибка превышает ±0,0004, то весы подлежат ремонту. После проверки весов поплавок и цилиндр высушивают.

В чистый сухой цилиндр осторожно наливают испытуемую жидкость, пока в нее не погрузится поплавок и около 15 мм проволоки, на которую он подвешен. При этом равновесие весов нарушится и плечо с поплавком поднимется. На коромысло постепенно навешивают гири, начиная с самой крупной, пока не наступит равновесие.

Температуру жидкости измеряют или по термометру, впаянному в поплавок, или дополнительным термометром. По достижении равновесия весов и установлении температуры записывают так называемую «видимую» плотность испытуемой жидкости, начиная с гири-единицы.

«Видимую» плотность р’ пересчитывают в действительную плотность р по формуле:

где 0,99823 — значение плотности воды при 20 °С; 0,0012 — значение плотности воздуха при 20 °С и барометрическом давлении 760 мм рт. ст. (1013 гПа).

Плотность в зависимости от разновидности песка

Чаще всего в строительстве применяется карьерный, речной или строительный материал. Естественным путем образовывается речной песок, поскольку порода подвергается дроблению естественным путем, что обеспечивает песчинкам округлую форму. В этом материале минимальное количество примесей, что перед применением не требует дополнительной обработки. В зависимости от размеров зерен выделяет несколько групп:

• 2,9 — 5 — крупные;
• 2 — 2,8 — средние;
• до 2 — мелкие.

Среднее значение показателя насыпной плотности приблизительно 1650 кг/м 3 . Данный материал обладает главным преимуществом — экологичностью и безопасностью.

Стоимость такого типа песка очень высокая, поэтому согласно техническим нормам он легко может заменяться карьерным.

Этот вид материала содержит в составе различные породы — кварц, слюду, шпат. Название присваивается такое, какой именно элемент в нем преобладает. Главная область применения — это создание подсыпки, подушек для фундамента, прокладки автомобильных дорог.

Насыпная плотность гранитного щебня

Учесть весь объем зерна щебня вместе с пустотами внешними и внутренними может вычисление насыпной плотности материала. Это значение чаще всего используется, когда подсчитывают расход материала при выборе состава бетона, чтобы составить строительные сметы. Зависит насыпная плотность от фракции щебня, и чем крупнее камень, тем показатель меньше, так как между фракциями в этом случае образуется больше пустот.

Чтобы определить это значение, требуется высушить контрольную навеску щебня гранитного до его постоянного веса. Вслед за этим материал засыпают в литровую емкость. Найденные значения позволяют вычислить насыпную плотность материала.

Примеры расчёта

Определением молярности раствора занимается химия. В процессах участвуют различные частицы, количество которых даже в малых объёмах велико. Значение молярной концентрации определяется не только количественным, но и качественным составом. Самые простые задачи связаны с нахождением молярной массы. Например, для соединения CH4 она наводится следующим образом:

Мr (CH4) = Ar + 4Ar (H) = 12 + 4 =16

Получается, что масса метана содержит 16 г/моль или 6,02Ч * 10 23 молекул. Буква «Ч» используется для обозначения части.

Теперь можно найти массу в объёмном количестве. Например, нужно определить массу метана смешанном в количестве двух моль. Так как для метана его масса составляет 16 г/моль, то ответом будет:

м (метан) = 2 * 16 = 32 г

Много задач встречается на нахождение массовой доли в растворе. Например, в 200 грамм соли добавили 80 грамм воды. Чтобы определить часть соли в полученной смеси необходимо найти первоначальную её долю в растворе: M1 = w * m = 0,14 * 200 = 28 гамм. Затем вычислить массу нового раствора: М2 = 200 + 80 = 280 грамм. И воспользовавшись формулой получить ответ: W = M1 / M2 = 28 / 280 = 0,100.

Немного сложнее задачи на расчёт грамм-эквивалента. Пусть нужно найти нормальность серной кислоты, смешанной с раствором щёлочи. При смешении образуется соединение: NaSO4. Так как при реакции серная кислота нейтрализует гидросульфат натрия только частично то можно записать: Н2SO4 + NaOH = NaHSO4 + Н2О. Серная кислота представляет основу равную единице, поэтому и фактор эквивалентности также будет составлять единицу.

Экв (H2SO4) =1 * ф = 1/1 = 1

Отсюда следует, что значение молярности эквивалента кислоты:

Мэкв (H2SO4) = M * Ф = M/1 = 98/1 = 98 г/экв

Нужно найти массовую часть и молярность эквивалента смеси, полученной при смешивании 400 мл раствора серной кислоты (p =1, 18 г/мл) и 400 мл восьмипроцентного раствора серной кислоты (p = 1,05 г/мл).

Вначале следует вычислить массу первого раствора и содержание в нём серной кислоты:

m (р-ра) = p (р-ра) * V (р-ра) = 1,18 * 400 = 720 г

m (H2SO4) = V (H2SO4) * м (H2SO4)= С (H2SO4) * V (р-ра) * М (H2SO4) = 720 * 0,2 — 98 = 46 г

Затем определить массу второго раствора и содержание в нём количества серной кислоты:

m (р-ра) = р (р-ра) * V (р-ра) = 1,05 * 400 = 420 г

m = m (р-ра) * (H2SO4)= 420 * 0,08 = 24 г

Часть полученного раствора находится по формуле:

ɷ (H2SO4) = m (H2SO4) / m (р-ра) = (46 + 24) / (720+420) = 0,146

Ответ удобнее записать в процентном соотношении — 14,6%.