خلاصه مطلب :آزمایش نرمی سیمان پرتلند

استاندارد: ASTM C204

1. هدف آزمایش نرمی سیمان پرتلند

این روش شامل تعیین نرمی سیمان پرتلند بوسیله دستگاه “نفوذپذیری هوا” یا بلین می باشد. نرمی برحسب سطح مخصوص می باشد که عبارتست از سطح کلی برحسب سانتیمتر مربع برای یک گرم یا متر مربع برای یک کیلو نمونه. گرچه این روش برای اندازه گیری نرمی مصالح مختلف بکار رفته و میرود ولی باید دانست که این نرمی نسبی می باشد و نسبت به یک نرمی مطلق تعیین شده است.

2. مدارک موجود و استاندارد های آزمایش

ASTM C 670- دستورالعمل برای دقت آزمایشات مصالح ساختمانی
UU-P-236- مشخصات کاغذ صافی شماره 114 موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی

3. دستگاه نفوذپذیری هوا (بلین)

1-3-ماهیت دستگاه – دستگاه نفوذپذیری هوا که به نام “بلین” معروف است اساسا دارای یک وسیله برای کشیدن مقداری معین هوا از میان یک بستر سیمان است که تخلخل بستر معین می باشد. تعداد و اندازه منافذ در یک بستر با تخلخل معین تابعی از اندازه اجزاء نمونه است که میزان عبور از میان بستر را تعیین می نماید. دستگاه که در شکل نشان داده شده است دارای اجزائی است که در ادامه شرح داده شده است.آز

2-3-سلول نفوذ پذیری هوا- استوانه ای است با قطر داخلی 0.10 ±12.7 میلی متر و از یک نوع استیل ضد زنگ ساخته شده است. داخل سلول دارای درجه صیقلی 0.81 میکرومتر است. بالای سلول با محور اصلی در زاویه قائمه است پائین آن باید با انتهای بالایی فشارسنج ارتباط “غیرقابل نفوذ با هوا ” برقرار نماید بطوریکه میزان نشت هوا از آن صفر باشد. یک لبه به عرض 5/0 تا 1 میلی متر، جزئی از این سلول است که دو فاصله 10±55 میلی متر، از بالای آن قرار دارد، این لبه نگه دارنده دیسک میباشد. بالای سلول نیز دارای یک لبه است که برداشتن آن را از روی فشارسنج آسان می نماید.

3-3-دیسک- صفحه ای است از فلزی که خورده نمیشود و ضخامت آن 0.1±0.9 میلی متر است. دارای 30 الی 40 سوراخ به قطر 1 میلیمتر است که در سطح آن بطور منظم پخش شده اند. اندازه دیسک مناسب برای سلول است تا به راحتی داخل آن شود. یک طرف دیسک دارای علامت یا نوشته ای در مرکز آن است که آزمایش کننده باید همیشه این وجه را به طرف پائین قرار دهد. این علامت یا نوشته با سوراخ های دیسک برخورد نمی نماید.

4-3-پیستون- از یک نوع استیل ضد زنگ ساخته شده است و اندازه آن مناسب برای سلول است. تفاوت قطر آن با سلول نباید بیش از 0.1 میلی متر باشد. ته آن باید تماس کامل با سطح افقی برقرار نماید و در زاویه قائمه با محور اصلی باشد. یک مجرای هوا به عرض 3/0±0/3 میلی متر در طول پیستون تعبیه شده است بالای پیستون تعبیه شده است. بالای پیستون دارای یک لبه است که با بالای سلول تماس پیدا میکند و بیش از آن پائین نمی رود. ته پیستون تا صفحه مشبک (دیسک) 1±15 میلی متر فاصله دارد.

5-3-کاغذ صافی – از نوع بافت متوسط میباشد که برطبق نوع 1 از درجه B (UU-P-236) میباشد. باید کاملا دایره ای و قطره آن به اندازه داخل سلول باشد. اگر کاغذ صافی بیش از حد کوچک باشد مقداری از نمونه به دیواره داخل سلول می چسبد و اگر بیش از حد بزرگ باشد نتایج نامنظم خواهد داد.

6-3- فشارسنج (مانومتر)-فشارسنج به شکل U که قطر خارجی لوله آن 9 میلی متر و از جنس شیشه استاندارد ساخته شده است. یکی از دو بازوی آن ارتباط “غیر قابل نفوذ هوا” با سل ایجاد می نماید. روی بازوی مذکور یک نشان که به صورت خط مدور است وجود دارد که این نشان در فاصله 145-125 میلی متر زیر مجرای خروجی است. خطوط مدور دیگری نیز به فواصل 1±15 و 1±70 و 1±110 میلی متر در بالای خط اولی قرار دارد. بازوی دیگر فشارسنج به طول 305-250 میلی متر جهت تخلیه سازی است. یک شیر یا گیره در فاصله (حداکثر) 50 میلی متری بازوی متصل به سلول است که در موقع بسته بودن باید جریان هوا را بطور کامل قطع نماید. فشارسنج به شکلی سوار شده است که در جای خود محکم و دو بازوی آن به طور عمودی قرار می گیرند.

7-3-مایع فشارسنج-فشارسنج باید با یک مایع تا وسط دو بازو پر شود. این مایع غیر فرار، غیر جاذب رطوبت و با وزن مخصوص و ویسکوزیته پائین مانند دی بوتیل فتالات (دی بوتیل 2 و1-بنزین-دی کربوسیکلات)یا یک روغن معدنی سبک است.

8-3-زمان سنج (کرنومتر)-دارای مکانیزم معین برای قطع و وصل (شروع و توقف) می باشد و باید تا 2.1 ثانیه یا کمتر را اندازه گیری نماید. خطای مجاز برای یک فاصله زمانی 60 ثانیه   یا کمتر و خطای آن برای فواصل زمانی 60 تا 300 ثانیه باید 1% یا کمتر باشد.

4. کالیبراسیون دستگاه

1-4-نمونه-کالیبراسیون دستگاه بلین توسط نمونه شماره 114 اداره ملی استانداردهای امریکا انجام می شود. نمونه در موقع آزمایش باید حرارت محیط را داشته باشد.

2-4-حجم پودر متراکم شده-این حجم توسط جا به جائی جیوه بر طبق روش زیر معین می شود:
1. دیسک را در حالی که طرف علامت دار آن رو به پائین است بصورت تخت در داخل سلول قرار دهید. دو عدد کاغذ صافی که مشخصات آن قبلا اشاره شد روی دیسک قرار دهید و توسط پیستون آنها را پرس نمائید. سلول را از جیوه (با درجه خلوص بالا) پر نمائید و برای نگه داشتن سلول در دست از پنس استفاده نمائید. سپس توسط یک صفحه شیشه ای با بکار بردن یک فشار اندک سطح جیوه را با بالای سلول تراز نمائید. بطوریکه بین سطح جیوه و صفحه شیشه ای هیچگونه حباب هوا یا فضای خالی، باقی نماند. در صورتیکه جنس سلول از ماده ای است که با جیوه تولید ملقمه می نماید، قبلا جدار داخل آن را با یک لایه نازک روغن بپوشانید. پس از تراز کردن جیوه، آنرا خارج نموده، وزن نمائید. حال یکی از دو کاغذ صافی را خارج نمائید و مقدار آزمایشی 2.8 گرم سیمان به سلول اضافه نمائید و چند ضربه آهسته به بدنه سلول بزنید تا سیمان در آن مسطح شود. یکی از دو کاغذ صافی که برداشته بودید روی سیمان قرار دهید و توسط پیستون، سیمان را به اندازه ای که دسته پیستون با بالای تماس حاصل نماید تحت فشار قرار دهید. پیستون را یک فاصله کوتاه بالا بیاورید، 90 درجه بچرخانید و مجددا پرس نمائید و به آرامی خارج نمائید، فضای روی کاغذ صافی را تا بالای سلول جیوه پر و مانند بار اول تراز نمائید. سلول را خالی کرده، مجددا جیوه را وزن نمائید.
2. محاسبه حجم مطابق معادله 1 انجام می گیرد:

V= حجم توده سیمان بر حسب سانتیمتر مکعب
  وزن جیوه هنگامی که سل بدون سیمان است، بر حسب سیمان.
  وزن جیوه هنگامیکه سل دارای سیمان است، برحسب گرم
D= وزن مخصوص جیوه در درجه حرارت آزمایشگاه بر حسب  
(جدول شماره 1 را ملاحظه نمائید)
3. حداقل دو آزمایش “تعیین حجم پودر متراکم شده” انجام دهید و برای هر آزمایش کاغذ صافی جدید بکار ببرید و از نمونه متراکم شده قبلی استفاده ننمائید بلکه مجددا نمونه وزن نمائید. حجمی که در محاسبه بعدی بکار میرود معدل دو اندازه گیری است که با اختلاف 0.005 سانتیمتر مکعب با هم مطابقت داشته باشند. درجه حرارت محیط مجاور سل را در ابتداء و انتهای آزمایش یادداشت نمائید. در تعیین حجم بستر سیمان، لازم نیست حتما نمونه بکار ببرید. بستر سیمان تهیه شده باید محکم باشد. اگر خیلی سست است و یا اینکه نمیتوان آنرا فشرد باید مقدار سیمان را برای یک بستر محکم تنظیم نمائید.
4. تهیه نمونه-محتویات یک آمپول سیمان استاندارد را به یک ظرف مناسب (مثلا بستر 120 میلی متری) اضافه کنید و به مدت 2 دقیقه تکان دهید تا نرم و هرگونه ذره متراکم شده از هم باز شود. بعد از مدت فوق درحالیکه روی بشر شیشه ساعت قرارداده اید 2 دقیقه آنرا ساکن بگذارید سپس به آرامی بهم بزنید تا نمونه در ته بشر پخش شود.
5. وزن نمونه-وزن نمونه استاندارد که برای کالیبراسیون بکار میرود مقداری است که یک بستر سیمان با تخلخل 0.005±0.500 ایجاد نماید و بطریق زیر محاسبه می شود:

W=وزن نمونه برحسب گرم
P=دانیسته نمونه که برای سیمان پرتلند 3.15 گرم برسانیمتر مکعب است
V=حجم بسستر سیمان که طبق ردیف 2-4 تعیین شده است.
Ƹ=تخلخل خواسته شده برای بستر سیمان (0.005±0.500)
تخلخل عبارتست از نسبت حجم فضاهای خالی دریک بستر سیمان به حجم کل بسترV.
6. تهیه بستر سیمان-برطبق ردیف 1-2-4 انجام می شود. 

7. آزمایش نفوذپذیری

سلول را به لوله فشارسنج متصل و اطمینان حاصل نمائید که ارتباط “غیرقابل نفوذ هوا” برقرار شده است. دقت نمائید سلول محتوی بستر سیمان از ارتعاش و تکان مصون بماند. به آرامی هوا را در یک بازوی فشارسنج “U شکل” تخلیه نمائید وقتی مایع داخل آن به خط بالایی رسید شیر را محکم ببندید. زمانی که مایع به خط دوم رسید زمان سنج را بکار ببندید. وقتی به خط سوم رسید آنرا متوقف و زمان را برحسب ثانیه یادداشت نمائید. درجه حرارت محیط را در زمان آزمایش بر حسب سلسیوس ثبت نمائید.

اگر برای وصل کردن سلول به فشارسنج از اتصالات سنباده ای استفاده شده است کمی گریس مخصوص آب بندی شیر مصرف نمائید و اگر اتصالات لاستیکی مصرف شده است آن را با آب مرطوب نمائید. برای اینکه عدم نشت هوا را امتحان نمائید، سلول را با یک در، محکم ببنید سپس جزئی عمل تخلیه انجام دهید و شیر را محکم ببندید. اگر هیچ گونه افت فشار مشاهده نشد دلیل برآن است که اتصال، غیرقابل نفوذ بوسیله هوا است در غیر این صورت عیب آن را رفع کنید. نمونه فشرده شده را میتوانید مجددا نرم نمائید و برای کالیبراسیون بعدی مورد استفاده قرر دهید مشروط بر اینکه اولا خشک نگه داری شده باشد ثانیا از زمان باز کردن آمپول بیش از 4 ساعت نگذشته باشد.

8. کالیبراسین مجدد: دستگاه به علت وقوع اتفاقات زیر مجددا کالیبره می شود:
1-8-درفواصل زمان معین برای تصحیح، در صورت وجود فرسودگی در پیستون یا سلول.
2-8-در صورتیکه افتی در مایع فشارسنج پیش آید.
3-8-درصورتیکه تغییری در نوع یا کیفیت کاغذ صافی رخ دهد.
پیشنهاد میشود یک نمونه ثانوی تهیه شود و بعنوان نرمی استاندارد، بین کالیبراسیون های عادی (با سیمان استاندارد) مورد استفاده قرار گیرد تا به این ترتیب دستگاه مورد رسیدگی قرار گیرد (کنترل شود).

5. روش آزمایش نرمی سیمان پرتلند

درجه حرارت سیمان در زمان آزمایش باید درجه حرارت محیط باشد. اندازه ذرات نمونه آزمایش و وزن نمونه برای آزمایش برابر وزن نمونه در آزمایش کالیبراسیون است به جز در تعیین نرمی سیمان نوع III یا دیگر انواع سیمان که ریز آسیاب شده اند، بطوریکه حجم آنها برای چنین وزنی آنقدر زیاد است که فشار شست معمولی نمی تواند لبه پیستون را با بالای سلول تماس دهد. در چنین وضعی وزن سیمان به مقداری است که بتواند یک بستر با تخلخل 0.005±0.530 ایجاد نماید.
هنگامیکه این روش برای موادی غیر از سیمان پرتلند بکار میرود و یا برای سیمان پرتلندی که نمیتوان برای آن تخلخل خواسته شده در بالا را بدست آورد، وزن سیمان باید طوری تنظیم شود که یک بستر محکم و ثابت بوسیله فشردن بدست آورد. بهرحال در هیچ صورت نبایستی فشار بیش از شست دست یا فشاری که پس از آن پیستون به طرف بیرون جهش کند اعمال کرد. 

6. محاسبه

 1-6- مقادیر سطح مخصوص رابر طبق معادلات زیر محاسبه نمائید 

 یادآوری : مقادیر  را میتوانید به ترتیب از جدولهای شماره 1،2،3 بدست آورید.
معادلات 3 و4 در محاسبه نرمی سیمانهای پرتلندی بکار میروند که به اندازه تخلخل سیمان استاندارد فشرده شده اند. معادله 3 وقتی بکار می رود که اختلاف درجه حرارت نمونه در زمان آزمایش با درجه حرارت نمونه در زمان کالیبراسیون 3°± باشد. معادلات 5 و 6 در محاسبه نرمی سیمانهای پرتلندی بکار میرود که با تخلخلی غیر از سیمان استاندارد در آزمایش کالیبراسیون فشرده شده اند اختلاف معادلات 5 و 6 مربوط به درجه حرارت است و مانند شرایط معادلات 3 و4 می باشد. معادلات 7 و8 در محاسبه نرمی موادی غیر از سیمان پرتلند بکار میرود. اختلاف دو معادله مانند (3 و4) و (5 و6) است. توصیه می شود مقادیر b، روی حداقل 3 نمونه تعیین شود که هر نمونه با حداقل 4 تخلخل متفاوت تهیه گردد که تغییرات تخلخل ها بین بالاترین و پائین ترین، حداقل 0.06 باشد.
2-6-برای تبدیل سطح مخصوص از سانتیمتر مربع برگرم به متر مربع به کیلو گرم کافیست آن را در ضریب 0.1 ضرب نمائید.
بطوریکه :
S: سطح مخصوص نمونه مورد آزمایش، سانتیمتر مربع بر گرم
 : سطح مخصوص نمونه استاندارد که در کالیبراسیون دستگاه بکار رفته، سانتیمتر مربع بر گرم
T: فاصله زمانی اندازه گیری شده توسط زمان سنج برای نمونه، ثانیه
 : فاصله زمانی اندازه گیری شده برای نمونه استاندارد در کالیبراسیون دستگاه، ثانیه
  ویسکوزیته هوا در درجه حرارت آزمایش نمونه، پواز
 : ویسکوزیته هوا در درجه حرارت آزمایش نمونه استاندارد ،پواز
 : تخلخل بستر نمونه
 : تخلخل بستر نمونه استاندارد در آزمایش کالیبراسیون
P: وزن مخصوص نمونه آزمایش (برای سیمان های پرتلند مقدار 15/3 گرم بر سانتیمتر مکعب بکار میرود).
 : وزن مخصوص نمونه استاندارد که در کالیبراسیون دستگاه به کار رفته است (15/3 گرم بر سانتیمتر مکعب فرص می شود).
b: ضریب ثابت (برای سیمان پرتلند مقدار9/0 بکار می رود)
3-6-مقادیر نرمی (سطح مخصوص) بر حسب سانتیمتر مربع بر گرم را تا 10 و برحسب متر مربع بر کیلوگرم را با 1 گرد نمائید.

7. گزارش آزمایش نرمی سیمان پرتلند

1-7-برای سیمان های پرتلند و پرتلند مخلوط، نتیجه آزمایش روی یک بستر را گزارش نمائید (روی یک بستر دوبار آزمایش نکنید).
2-7- برای سیمان های با نرمی خیلی بالا که در نتیجه زمان عبور آنها طولانی است، معدل دو آزمایش را گزارش نمائید مشروط بر اینکه با اختلاف 2% با یکدیگر تطبیق نمایند. اگر ننمودند، آزمایش را تکرار نمائید. عدم تطبیق جواب ها نشان دهنده لزوم بررسی در روش کار و دستگاه است. در تهیه بستر صحیح سیمان، تمرین زیاد نمائید و پیش بینی های لازم را برای اطمینان از هوابندی بین سلول و فشارسنج بکار ببرید.

8. دقت آزمایش نرمی سیمان پرتلند

1-8- دقت یک آزمایش کننده – نتایج دو آزمایش که توسط یک نفر بر روی یک نمونه و بطور صحیح انجام شده باشد نباید بیش از 3.4 % از معدلشان تفاوت داشته باشد.
2-8-دقت چند آزمایشگاه – نتایج دو آزمایش بر روی یک نمونه که توسط دو آزمایشگاه مختلف انجام شده است نباید بیش از 6.0 % از معدلشان تفاوت داشته باشد.