دستگاه ویکات سیمان

دستگاه سوزن ویکات (Vicut)

(Time of Setting Hydraulic Cement by Vicat Needle)

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

استاندارد انجام آزمایش:

ASTM C82-191 ))

استاندارد ملی شماره 392

شرح دستگاه ویکات:

دستگاه ویکات (Vicut) که در شکل بالا نشان داده شده است برای تعیین زمان گیرش اولیه و نهایی سیمان مورد استفاده قرار می گیرد. این دستگاه تشکیل شده است از یک پایه که بر روی آن میله ای متحرک به وزن 300 گرم قرار گرفته که در یک سر آن کلاهک و در سر دیگر آن یکی از اجزای زیر قرار دارد:

الف) میله برای تعیین مقدار آب متعارف سیمان

ب) سوزن برای تعیین زمان گیرش اولیه

پ) سوزن کلاهک دار برای تعیین زمان گیرش نهایی

مشخصات سوزن، میله و وزنه های دستگاه ویکات:

طبق استاندارد شماره 392 ایران، سوزن های گیرش اولیه و نهایی باید از جنس فولاد سخت آبدیده باشند و سوزن گیرش اولیه باید یا مربع به ابعاد یک میلیمتر با خطای 0.05 میلیمتر باشد و یا گرد به قطر 1.13 میلیمتر با خطای 0.05 میلیمتر باشد.

سوزن گیرش نهایی باید دارای همان شکل و اندازه های سوزن گیرش اولیه باشد با این تفاوت که بر روی آن کلاهکی تعبیه شده است که دارای لبه تیز دایره ای شکل با قطر 5 میلیمتر می باشد. و این لبه 0.5 میلیمتر عقب تر از نوک سوزن قرار دارد.

میله ویکات باید از جنس برنج صیقلی شده و به قطر 10 میلیمتر باشد و در انتهای بالایی آن یک برآمدگی داشته باشد تا بتوان آن را در میله متحرک جای داد. لبه پایینی میله ویکات باید صاف و طول آن باید 50 میلیمتر باشد. میله متحرک دارای عقربه ای است که بر روی یک صفحه مدرج متصل به پایه بالا و پایین می رود. وزن کلی قسمت متحرک دستگاه ویکات در موقع استفاده همراه با تمام ضمائمش یعنی همراه با کلاهک و میله و یکی از دو سوزن گیرش اولیه یا نهایی و یا میله ویکات باید جمعا 300 گرم باشد.

وزن هر یک از سوزن های گیرش اولیه و نهایی و میله ویکات باید 9 گرم باشد. قالب ویکات تشکیل می شود از یک حلقه شکاف دار با قطر داخلی 80 میلیمتر و ارتفاع 40 میلیمتر که بر روی یک صفحه غیر متخلخل و صاف قرار می گیرد. برای این کار یک صفحه فلزی به ضخامت 3 میلیمتر مناسب است.

هدف آزمایش گیرش سیمان

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

مقدمه:

گیرش واژه ای است که برای توصیف سفت شدن خمیر سیمان بکار برده می شود. به طور کلی، به تغییر وضعیت ژل سیمان از حالت خمیری به حالت جامد گیرش گفته می شود. گرچه به هنگام گیرش، خمیر سیمان مقاومت کمی نیز حاصل می نماید ولی مفهوم گیرش از سخت شدن، که به معنی کسب مقاومت خمیر سیمان گیرش یافته می باشد، کاملا متمایز است. تعیین زمان گیرش با آزمایش سوزن ویکات (Vicut) انجام می شود.

به طور کلی دو نوع زمان گیرش برای سیمان تعریف می شود:

1- زمان گیرش اولیه: زمانی است که سوزن با قطر 1 میلیمتر دستگاه ویکات (Vicut) به اندازه 25 میلیمتر در خمیر سیمان فرو رود.

2- زمان گیرش نهایی: زمانی است که سوزن گیرش نهایی دستگاه ویکات (Vicut) به اندازه 0.5 میلیمتر در خمیر سیمان فرو رود و کلاهک سوزن بر خمیر سیمان مماس گردد.

وسایل آزمایش

1- ترازو: با دقت 1 گرم

2- ترازو دیجیتال ۳۰ کیلوگرم

3- ظرف شیشه ای مدرج (۲۰۰ تا ۲۵۰ میلی لیتر گنجایش)

4- دستگاه ویکات: سوزن متحرک به قطر ۱۰ میلیمتر و طول ۵۰ میلیمتر

5- میله متحرک: به وزن ۳۰۰ گرم

6- حلقه مخروطی: به ابعاد ۱۰۰ میلیمتر

شرایط محیطی آزمایش

دمای محیط و وسایل بین 20 درجه سانتیگراد تا 27.5 درجه سانتیگراد و دمای آب 23 درجه باشد. همچنین رطوبت نسبی آزمایشگاه حداقل ۵۰ درصد باشد. محفظه ها یا اتاقهای رطوبت باید به شکلی ساخته شده باشند تا بتوان به سادگی نمونه ها را در آنها جای داد. رطوبت نسبی آنها نباید کمتر از90% باشد.

روش انجام آزمایش:

 1- تنظیم سوزن و میله دستگاه ویکات (Vicut):

ابتدا ظرف مخروطی را در زیر سوزن دستگاه قرار می دهیم. سپس سوزن را پایین می آوریم تا بر روی لبه ظرف قرار گیرد. سپس پیچ مربوط به درجه متصل به میله متحرک دستگاه را باز می کنیم و درجه را روی صفر می آوریم و سپس این پیچ را محکم می کنیم. در اینجا پیچ مربوط به حرکت میله را نیز سفت می کنیم.

2- روش مخلوط کردن خمیر سیمان

ابتدا آب مورد نظر را در ظرف می ریزیم. میکسر را با سرعت کم به کار می اندازیم و سیمان را در مدت 30 ثانیه درون ظرف می ریزیم. میکسر را برای مدت 15 ثانیه متوقف می کنیم و در این مدت، سیمان هایی که به همزن چسبیده اند را با کاردک به درون ظرف می ریزیم. بعد میکسر را با دور تند برای مدت یک دقیقه روشن می کنیم.

 3-روش ریختن خمیر سیمان در قالب

بلافاصله پس از آماده شدن خمیر سیمان، آن را در دست گلوله می کنیم. و دو دست را در فاصله 15 سانتی متری از یکدیگر نگه می داریم و گلوله خمیری را حدوداً 6 بار از دستی به دست دیگر پرتاب می کنیم. سپس با یک دست ظرف مخروطی را به نحوی در کف دست قرار می دهیم که دهانه کوچک تر آن به دست بچسبد و دهانه بزرگ تر آن بالا باشد.

سپس گلوله خمیر سیمان را که در دست دیگر قرار دارد به داخل ظرف فشار می دهیم تا آن را کاملاً پر نماید. سطح فوقانی خمیر سیمان را با حرکت اره ای کاردک صاف می کنیم. لازم است لبه کاردک را به نحوی بر لبه ظرف قرار دهیم که کاردک با سطح فوقانی ظرف زاویه 45 درجه تشکیل دهد. شیشه یا سطح صاف دستگاه را روی این سطح بریده قرار می دهیم و ظرف مخلروطی را برمی گردانیم و سطح کوچک آن را نیز صاف می کنیم.

 4-روش آزمایش تعیین آب متعارف سیمان

میله ویکات را به نحوی درون دستگاه قرار می دهیم تا انتهای با قطر 10 میلیمتر آن در پایین قرار گیرد. میله را تنظیم می کنیم. قالب را زیر میله قرار می دهیم و نوک میله را بر روی خمیر سیمان تراز می کنیم. پیچ میله را باز می کنیم. به مدت 30 ثانیه به میله اجازه می دهیم که با وزن خود درون خمیر فرو رود. میزان فرو رفتگی را یادداشت می کنیم. میزان این فرو رفتگی باید برابر 10 میلیمتر باشد. لذا مقدار آب را تصحیح می کنیم. ابتدا مقدار آب را 125 سی سی و مقدار سیمان را 500 گرم در نظر می گیریم. از روی نمودار مقدار آب متعارف را بدست      می آوریم.

 5-روش آزمایش تعیین زمان گیرش اولیه خمیر سیمان

انتهای با قطر 1 میلیمتر دستگاه ویکات را به طرف پایین قرار می دهیم. سپس مقدار آب متعارف را با خمیر سمیان مخلوط می کنیم. از زمانی که سیمان را به آب اضافه می کنیم باید زمان را یادداشت کنیم. خمیر سیمان را درون استوانه مخروطی میریزیم و در زیر دستگاه ویکات قرار می دهیم. در ابتدا، بعد از 30 دقیقه پیچ سوزن را باز می کنیم تا سوزن تحت تاثیر وزن میله به داخل خمیر سیمان فرو رود. 30 ثانیه صبر می کنیم تا سوزن به داخل خمیر فرو برود. مقدار نفوذ را یادداشت می کنیم. محل مخروط را تغییر می دهیم تا سوزن در جای جدیدی فرو رود.

سوزن را تمیز میکنیم و هر 15 دقیقه یکبار این کار را انجام می دهیم. از روی منحنی زمانی را که سوزن 25 میلیمتر درون خمیر نفوذ می کند بدست می آوریم.

دستگاه ویکات در طول آزمایش باید عاری از ارتعاش باشد. دقت نمائید تا سوزن کج نشود و آنرا در تمام طول آزمایش تمیز نگهدارید زیرا جمع شدن سیمان در نوک سوزن باعث ازدیاد نفوذ و در طول آن باعث تعویق نفوذ میشود. زمان گیرش تحت تاثیر درصد و درجه حرارت آب و همچنین درجه حرارت و رطوبت هوا و طریقه صحیح قالب گیری قرار دارد بنابرین تعیین آن تقریبی است.

6- تعیین زمان گیرش نهایی سیمان پرتلند

پس از پایان آزمایش زمان گیرش اولیه، سوزن با قطر یک میلیمتر را از روی میله باز کنید و سوزن گیرش نهایی را روی میله سوار کنید. پس از ۷ ساعت هر ۳۰ دقیقه یکبار از طریق باز کردن پیچ کنترل حرکت میله، سوزن را رها کنید تا در خمیر فرو رود. گیرش نهایی وقتی حاصل شده است که سوزن تا اندازه در خمیر فرو رود که لبه کلاهک آن با سطح خمیر تماس حاصل نماید و کلاهک هیچ اثری بر روی سیمان نگذارد.

گیرش ابتدائی و انتهایی را را از زمان تماس آب با سیمان بر حسب دقیقه یادداشت و گزارش نمائید.

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.

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.

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 (نه خمیر نرمال سیمان)  توسط استاندارد ( 92-403 ASTM C (به وسیله مقاومت در برابر نفوذ میله (نفوذ سنبه proctor به داخل ملاتی که از الک کردن بتن بدست آمده) 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.

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

عامل گیرش اولیه در سیمان

گیرش اولیه سیمان توسط 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.

اهمیت این آزمایش

در ارتباط با اهمیت این تعیین زمان گیرش سیمان، 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 آب 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.

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.

آزمایش تعیین میزان آب متعارف:

این آزمایش بخودی خود اهمیت چندانی ندارد ولی برای تعیین زمان های گیرش اولیه و نهایی، و یا برای آزمایش سلامت سیمان با روانی متعارف باید بکار برده شود زیرا میزان آب خمیر بر زمان گیرش تاثیر دارد. بنابراین لازم است قبل از آزمایش گیرش اولیه و نهایی برای هر سیمان معین، میزان آب خمیر که روانی متعارف را بدست می دهد، مشخص شود. میزان آب متعارف مربوط به خمیری است که سوزن ویکات (Vicut) با قطر 10 میلیمتر به اندازه 10 میلیمتر در آن خمیر فرو رود.

دانلود : دستورالعمل کار با ویکات سیمان

*** برای خرید این محصول با ما تماس بگیرید ***