سیمان

آزمایش تعیین زمان گیرش اولیه و نهایی سیمان + کاربرد و روش

آزمایش تعیین زمان گیرش سیمان

آزمایش تعیین زمان گیرش سیمان + کاربرد و روش

هدف آزمایش

تعیین زمان گیرش سیمان و یا به عبارتی دیگر تعیین زمان گیرش اولیه سیمان پرتلند و تغییر وضعیت آن به حالت جامد.

زمان گیرش اولیه

زمان گیرش اولیه مدت زمان سپری شده از لحظه اختلاط آب و سیمان می باشد که از آن به بعد رشد کریستال های ناشی از هیدراتاسیون سیمان به اندازه ای است که روانی خمیر رو به کاهش می گذارد.

عامل گیرش اولیه در سیمان

گیرش اولیه سیمان بر اثر تری کلسیم سیلیکات (C3S) انجام می شود.

با توجه به این که غلظت مخلوط (میزان آب نسبت به سیمان) در سرعت گیرش سیمان و به عبارتی در کاهش سرعت روانی خمیر تاثیر می گذارد، آزمایش تعیین زمان گیرش اولیه بایستی با مقدار آب مشخص (غلظت نرمال) صورت گیرد. تا اینکه نتایج این آزمایش برای نمونه های مختلف سیمان پرتلند قابل مقایسه با یکدیگر بوده و یا بتوان این آزمایش را برای یک نمونه سیمان مشخص نسبت به مقادیر قید شده در مشخصات کارخانه ای آن محک زد.

عکس تری کلسیم سیلیکات و تاثیر بر گیرش

عکس از تری کلسیم سیلیکات و تاثیر بر گیرش سیمان

اهمیت این آزمایش

در ارتباط با اهمیت این آزمایش ، با توجه به اینکه قبل از زمان گیرش اولیه ، میزان گیرش سیمان غیر قابل ملاحظه است پس کلیه عملیات ساخت ، حمل ، ریختن ، تراکم و پرداخت بتن بایستی در این محدوده زمانی صورت گیرد ، در غیر این صورت هرگونه حرکت بتن در زمانی که بتن در حال سخت شدن است باعث کاهش پایایی و مقاومت فشاری بتن می گردد ، این موضوع در مواقعی که فاصله بین محل ساخت و مصرف بتن زیاد است و یا اینکه عملیات بتن ریزی با مشکلاتی روبرو می گردد حانز اهمیت است در هر صورت بایستی قبل از زمان گیرش اولیه بتن در محل نهایی خود قرار گیرد.

به عنوان مثال زمان گیرش اولیه سیمان دیرگیر بیش از سیمان زودگیر یا معمولی در شرایط یکسان می باشد ، که مسلما بایستی برای آن نمونه ، نخست آزمایش تعیین غلظت نرمال انجام گیرد.

همچنین این آزمایش جهت بررسی کیفیت سیمان های مصرفی در کارگاه قابل استفاده است زیرا سیمان های فاسد شده دارای زمان گیرش بیش از حد متعارف می باشند. زمان گیرش نهایی مدت زمان سپری شده از لحظه اختلاط لب و سیمان تا زمانی است که کارایی خمیر به کلی از بین می رود. بنابراین زمان گیرش نهایی می تواند به عنوان زمان شروع عملیات نهایی هیدراسیون سیمان و خاتمه عملیات گیرش سیمان تلقی گردد.

کاربرد آزمایش زمان گیرش سیمان

 کاربرد آزمایش زمان گیرش سیمان به طور خلاصه شناسایی زمان گیرش انواع سیمان پرتلند است.

کاربرد زمان گیرش نهایی

زمان گیرش نهایی دارای کاربرد وسیعی نمی باشد ولی می توان جهت تعیین حد زمانی عملیات پرداخت و ماله کاری نمای ظاهری بتن قابل استفاده باشد. ذکر این نکته در همینجا لازم است که سرعت گیرش و سرعت سخت شدن (یعنی کسب مقاومت) کاملا مستقل از یکدیگر می باشد.

توضیح (گیرش واژه ای است که برای بیان سفت شدن خمیر نرمال سیمان بکار برده می شود) کاربرد این آزمایش شناسایی زمان گیرش انواع سیمان پرتلند است.

عکس انواع سیمان

انواع سیمان

به عنوان مثال بر طبق استاندارد شماره 389 ایران زمان گیرش اولیه استاندارد برای سیمان پرتلند نوع 1 و 3 تفاوتی ندارد، گرچه روند سخت شدن این دو سیمان با یکدیگر بسیار متفاوت است.

گیرش کاذب و تفاوت آن با گیرش آنی

گیرش کاذب به سفت شدن غیر معمول و زود رس سیمان طی گذشت چند دقیقه بعد از مخلوط شدن با آب گفته می شود. تفاوت گیرش کاذب با گیرش آنی در آن است که در گیرش کاذب مقدار قابل توجهی حرارت ایجاد نمی گردد ولی در گیرش آنی مقدار زیادی حرارت تولید می گردد. از طرف دیگر در گیرش کاذب با بهم زدن سیمان بدون اضافه کردن آب دوباره حالت خمیری بدست می آید در حالی که در گیرش آنی حالت خمیری بدون اضافه کردن آب (و يا افزودنی های دیگر بتن) میسر نمی باشد. گیرش کاذب می تواند به علت وجود گچ در سیمان یا قلیایی های موجود در سیمان ویا فعال شدن C3S به وسیله هوا زدگی در رطوبت نسبتا بالا باشد.

تاثیر شکر در گیرش سیمان

تصویر دانه های شکر

معمولا مقادیر کم شکر در حدود 0.03 الی 0.15 درصد وزنی سیمان ، گیرش را کند می کند. مقادیر بالاتر از این حدود برای سیمان های گوناگون تغییر می کند و مقاومت ۷ روزه ممکن است کاهش یابد، در حالی که مقاومت ۲۸ روزه ممکن است بهبود یابد. زمانی که مقدار شکر تا حدود 0.20 درصد وزنی سیمان افزایش یابد، گیرش سیمان معمولا تندتر خواهد شد. زمانی که مقدار شکر تا حدود 0.25 درصد وزنی سیمان افزایش یابد ، گیرش سیمان بسیار سریع خواهد شد و مقاومت ۲۸ روزه به مقدار قابل توجهی کاهش خواهد یافت.
زمان گیرش سیمان با افزایش دما کاهش می یابد اما در دمای بالاتر از ۳۰ درجه سانتی گراد اثر معکوسی را می توان مشاهده نمود و همچنین در دماهای پایین  (5 الی 10 درجه) گیرش کند می گردد.

وسایل آزمایش

عکس دستگاه ویکات

(خرید دستگاه ویکات از فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی آزمان)

  • دستگاه ویکات ، که تصویر این دستگاه را مشاهده می کنید و برای انجام آزمایش تعیین زمان گیرش ضروری است.
  • ترازو – حداقل ظرفیت ۱ کیلوگرم با دقت 0.1 گرم یا کمتر.

عکس از ترازوی آزمایش

(خرید ترازو از فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی آزمان)

  • استوانه مدرج – حداقل ظرفیت ۲۰۰ میلی لیتر.

عکس از استوانه مدرج

دما و رطوبت

بر طبق بند 4 استاندارد شماره 392 ایران درجه حرارت سیمان ، آب و اتاق آزمایش در تهیه خمیر سیمان و قالب گیری بایستی بین 17.7 و 23.3 درجه سانتی گراد باشد، آنگاه قالب سیمانی که برای آزمایش تهیه می شود بایستی در تمام مدت آزمایش در حرارت 18.9 درجه سانتی گراد و در فضایی که دارای حداقل 90 درصد رطوبت نسبی باشد و از جریان هوا دور باشد نگهداری شود.

آیین نامه اروپایی 1987: 3 – 196 EN دمای اتاق مخلوط کردن ملات را 20 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی هوا را بیش از 95 درصد اعلام نموده است.

روش آزمایش

تهیه سیمان و آب

مخلوط سیمان و آب

خمیر سیمان (آب+سیمان)

مقدار 500 گرم سیمان از نوع استفاده شده در آزمایش غلظت خمیر نرمال نمونه برداری کرده و مقدار آبی مطابق غلظت نرمال آزمایش مذکور توزیین نمایید. بهتر است نمونه سیمان قبل از توزین ، از الک 1.18 میلیمتر الک شماره 16 در سیستم ASTM عبور داده شود تا از عاری بودن سنگ ریزه یا کلوخه اطمینان حاصل شود.

تنظیم دستگاه ویکات

دستگاه ویکات

برای این منظور لازم است سوزن C به میله B وصل شده ، آنگاه در حالی که سوزن C روی صفحه دستگاه قرار دارد ، عقربه متحرک روی عدد صفر پایین تنظیم گردد ، در این صورت می توان فاصله سر سوزن C را از روی دستگاه (کف قالب حاوی نمونه) به وسیله عقربه تعیین نمود.

تهیه خمیر سیمان

آب توزین شده در یک ظرف با فضای کافی با نمونه سیمان مخلوط می شود ، زمان تهیه خمیر از لحظه افزودن آب به سیمان خشک تا آغاز ریختن خمیر در قالب باید 4 دقیقه باشد و عمل تهیه خمیر باید قبل از شروع علائم گیرش پایان یابد ، ظرف و دیگر وسایل مورد استفاده بایستی کاملا تمیز و خشک بوده و تمام آب توزین شده با سیمان مخلوط گردد.

قالب گیری خمیر سیمان

پس از تهیه خمیر سیمان ، قالب ویکات در حالی که روی صفحه غير متخلخلی قرار می گیرد باید بوسیله خمیر سیمان پر شود ، قالب را باید یک باره با خمیر پر کرد و سطح قالب باید به سرعت از قسمت های اضافی خمیر پاک گردد ، برای پر کردن قالب تنها دست کارگر و ماله مخصوص تهیه خمیر باید به کار رود و ماله به وزن تقریبی 213 گرم باشد. توسط ماله سطح خمیر کاملا هم سطح قالب شده و صاف می گردد به طوری که روی سطح خمير حفره ای به چشم نخورد. لازم است توجه شود که طی عملیات بريدن و صاف کردن ، خمیر سیمان فشرده نشود.

عکس قالب سیمان در آزمایش سیمان

قالب گیری سیمان – آزمایش زمان گیرش سیمان

مراحل تعیین زمان گیرش اولیه

  1. برای تعیین زمان گیرش اولیه، قالب خمیر را روی صفحه دستگاه زیر سوزن قرار دهید.
  2. سپس به آرامی سر سوزن را در تراز سطح خمیر قرار داده و بوسیله پیچ مربوط آنرا محکم کنید. (در این حالت عقربه بایستی عدد 40 میلی متر را روی صفحه مدرج نشان دهد)
  3. آنگاه دستگاه همراه با نمونه در داخل اتاق رطوبت قرار داده می شود، پس از ۳۰ دقیقه ، با بیرون آوردن نمونه از اتاق رطوبت پیچ نگهدارنده میله (B) را باز کرده تا سوزن در آن نفوذ کند.
  • بر طبق استاندارد ملی ایران شماره ۳۹۲ “چنانچه سوزن در مدت ۳۰ ثانیه در داخل خمیر نفوذ کند و فاصله سر سوزن در فاصله 5 میلی متری کف قالب متوقف گردد ، مدتی که از زمان افزودن آب به سیمان تا زمان توقف نفوذ سوزن در سیمان می گذرد زمان گیرش ابتدایی سیمان خواهد بود.”
  • در استاندارد 82-ASTM C191 گیرش اولیه زمانی روی می دهد که سوزن ویکات در مدت ۳۰ ثانیه در فاصله 15 میلی متری کف قالب متوقف گردد.
  • در استاندارد اروپایی 1:92-197 ENV و استاندارد BS گیرش اولیه در زمانی می دهد که سوزن ویکات در مدت ۳۰ ثانیه در عمق حدود 5 میلی متری از کف قالب ویکات قرار گیرد.

نکات مهم در اجرای آزمایش

  • در صورت لزوم عمل نفوذ سوزن در خمیر سیمان بایستی هر 15 دقيقه تکرار گردد.
  • در فواصل زمانی نمونه در اتاق رطوبت بایستی نگهداری گردد، در صورتی که نتوان مستقیما شرط آزمایش را ارضاء کرد لازم است تکرار نفوذ سوزن در خمیر سیمان در زمان های متوالی به گونه ای باشد که سوزن در فاصله بیش از 5 میلی متر و کمتر از 5 قرار گیرد و سپس از طریق رسم نمودار زمان لازم برای نفوذ ۵ میلی متری را بدست آورد.
  • نکته قابل توجه آن است که محل نفوذ سوزن در خمیر سیمان دارای حداقل فاصله 6 میلی متری با محل های نفوذ دیگر باشد و همچنین حداقل فاصله 6 میلی متری با لب داخلی قالب داشته باشد.
  • و همچنین باید توجه نمود که گیرش اولیه را بر حسب زمان سپری شده از هنگام مخلوط کردن آب با سیمان محاسبه می نمایند.

مطابق آیین نامه استاندارد ایران و مقررات ملی ساختمان مبحث شماره 9″ حداقل زمان گیرش اولیه برای انواع پنجگانه سیمان پرتلند را 45 دقیقه مشخص نموده است.”

حداقل زمان گیرش در آیین نامه های معتبر

آیین نامه 197-1:1992 ENV حداقل زمان 60 دقیقه را برای سیمان های با مقاومت تا 42.5 مگاپاسکال (نیوتن بر میلی متر مربع) و 45 دقیقه را برای سیمان ها با مقاومت بیشتر تجویز نموده است.

آیین نامه 94-150 ASTM C و 92-191 ASTM C حداقل زمان گیرش اولیه را 45 دقیقه بیان نموده است.

آیین نامه 915:1972 BS و 1983 : 915 BS زمان گیرش اولیه سیمان برقی را بین 2 الی 6 ساعت تجویز نموده است.

آیین نامه 91-12 BS و 78-12 BS یک حداقل زمان 45 دقیقه را برای سیمانهای پرتلند معمولی و زود سخت شونده و سیمان پرتلند روباره ای و آهن گدازی توصیه می نماید.

آیین نامه 79-1370 BS برای سیمان های پرتلند با حرارت زائی کم زمان گیرش 60 دقیقه ای را توصیه کرده است.

تعیین زمان گیرش نهایی سیمان

برای تعیین زمان گیرش نهایی سیمان باید به جای سوزن (C) از سوزن (F) باضمیمه فلزی توخالی استفاده شود.

سوزن (F) سوزنی مشابه سوزن (C) است که بر روی آن کلاهکی تعبیه گردیده که دارای لبه تیز دایره ای شکل با قطر 5 میلی متر می باشد و این البه 0.5 میلی متر عقب تر از نوک سوزن قرار دارد.

بر طبق بند 6 استاندارد ملی ایران شماره ۳۹۲ “سيمان وقتی بطور نهایی خود را می گیرد که اگر سوزن (F) را در تراز خمیر سیمان روی قالب قرار داده و بوسیله باز کردن پیچ آنرا روی خمیر فرود آوریم فقط اثر کمی بر روی سیمان بگذارد در حالی که ضميمه فلزی آن هیچ اثری بر روی سیمان نگذارد، اگر بر روی سطح فوقانی آزمودنی کف درست شده باشد باید سطح زیرین آن را برای تعیین زمان گیرش نهایی به کار برد.”
با توجه به اینکه بر طبق استاندارد ملی ایران شماره ۳۸۹ “زمان گیرش هایی برای سیمان های پرتلند معمولی و زود سخت شونده حداکثر 6 ساعت است” منظور همان (مدت زمان بعد از اختلاط آب و سیمان) است. لذا در زمانهای متوالی بایستی آزمایش جهت تعیین زمان گیرش نهایی انجام گیرد تا شرط مذکور اثبات گردد.

محدودیت های زمان گیرش نهایی دیگر در هیچ یک از استاندارد اروپایی EN استاندارد آمریکایی (ASTM) و با استاندارد سویسی (215-SIA) مشاهده نمی شود.
استاندارد BS زمان گیرش نهایی را معادل ۱۰ ساعت برای سیمان های پرتلند معمولی و سیمانهای پرتلند زود سخت شونده سیمان های پرتلند با حرارت زایی کم را نموده است.

رابطه بین زمان گیرش اولیه با نهایی

زمان گیرش اولیه و نهایی اکثر سیمانهای پرتلند و معمولی و زود سخت شونده تجاری امریکایی ، تقریبا با فرمول زیر با یکدیگر مرتبط اند.

(زمان گیرش اولیه به دقیقه) ۱/۲ +۹۰ = زمان گیرش نهایی به دقیقه

تفاوت زمان گیرش بتن با زمان گیرش سیمان

در همینجا ذکر این نکته لازم است که عنوان گردد ، زمان گیرش بتن با زمان گیرش سیمانی که بتن با آن ساخته می شود تطابق ندارد و متفاوت است.

روش آزمایش زمان گیرش اولیه و نهایی بتن توسط استاندارد 92-403 ASTM C (زمان گیرش مخلوط های بتن به وسیله مقاومت در برابر نفوذ میله) ارائه شده است. در این استاندارد گیرش اولیه بتن نشان دهنده حداکثر زمانی است که بتن تازه میتواند مخلوط گردد و در قالب جای گیرد و متراکم گردد، گیرش نهایی بتن نیز نشان دهنده تقریبا زمانی است که بعد از آن،  کسب مقاومت بتن به میزان چشمگیری توسعه می یابد.

استاندارد 92-430 ASTM C روشی را برای تعین زمان گیرش بتن (نه خمیر نرمال سیمان) مشخص نموده است. که در آن روش نفوذ سنبه proctor به داخل ملاتی که از الک کردن بتن بدست آمده است ، تعین می گردد. متخصصین روسی کوشش نموده اند که زمان گیرش بتن (نه خمیر نرمال سیمان) را بر حسب حداقل مقاومت الکتریکی سنجیده شده بین دو الکترود فلزی مدفون در بتن که جریان برق با فرکانس زیاد از میان آنها عبور میکند ، تعیین نمایند.

محاسبه زمان گیرش

برای محاسبه زمان گیرش اولیه چنانچه با تکرار نفوذ سوزن در خمیر سیمان ، سوزن در فاصله 5 میلی متری از کف قالب متوقف شود در این صورت مدت زمان از اختلاط تا اثبات شرط آزمایش به عنوان زمان گیرش اولیه محسوب می شود.

در غیر این صورت به وسیله رسم منحنی تغییرات (زمان نفوذ) بر حسب (فاصله سوزن از کف قالب) و بدست آوردن زمان نفوذ نظیر فاصله 5 میلی متر از روی منحنی ، زمان گیرش اولیه تعیین می گردد.

توجه شود که برای این منظور لازم است عمل نفوذ حداقل سه مرتبه در فواصل زمانی معین تکرار گردد. طوریکه مقادیر فاصله سوزن از کف قالب ، کمتر و بیشتر از 5 میلی متر باشد.

تذکر: برای دقیق تر بدست آمدن زمان گیرش اولیه بهتر است منحنی روی کاغذ میلی متری رسم شود.

مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان مقادیر مجاز برای نتایج آزمایش گیرش، آزمایش بلین و آزمایش اتوکلاو  سیمان مطابق جدول مشخصات فیزیکی الزامی سیمان های پرتلند (جدول زیر) می باشد.

مشخصات فیزیکی الزامی سیمان های پرتلند

منابع

بر اساس استاندارد ملی ایران

82 – 191 ASTMC و 1987: 3 – 196 EN و 131 AASHTO T

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.