Civil Engineering CMU

Course Explorer
banner ce 215

C1: Cement Properties

การทดสอบที่ 1

การทดสอบหาค่าความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ไฮดรอลิก

(Test for Specific Gravity of Hydraulic Cement)

วัตถุประสงค์     

เพื่อทำการทดสอบหาค่าความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) ของซีเมนต์ไฮ ดรอลิค (Hydraulic Cement)

เอกสารอ้างอิง  

มาตรฐาน ASTM C 188

ทฤษฎี

ความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ คือค่าอัตราส่วนของน้ำหนักของซีเมนต์ในอากาศต่อน้ำหนักของน้ำหนักของน้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 4 ºซ. ที่มีปริมาตรเท่ากับซีเมนต์ ค่าความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ โดยปกติมักใช้ประกอบในการคำนวณหาค่าพื้นที่ผิวจำเพาะ (Specific Surface) ของซีเมนต์ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งในการบอกถึงความละเอียด (Fineness) ของซีเมนต์  นอกจากนั้นความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ยังใช้เป็นข้อมูลที่สำคัญการคำนวณหาปฏิภาคส่วนผสม (Mix Proportion or Mix Design) ของคอนกรีตอีกด้วย ความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ยังใช้เป็นข้อมูลที่สำคัญในการคำนวณหาปฏิภาคส่วนผสม (Mix Proportion or Mix Design) ของคอนกรีตอีกด้วย ความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์จะมีค่าอยู่ระหว่าง 3.05 – 3.20 ซึ่งค่าจะมากหรือน้อยนั้นโดยทั่ว ๆ ไปขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของเนื้อซีเมนต์และความละเอียดของซีเมนต์ ซีเมนต์ผสมหรือซีเมนต์ซิลิก้าจะมีค่าความถ่วงจำเพาะต่ำกว่าค่าดังกล่าวข้างต้น ซีเมนต์ที่มีความละเอียดมากก็จะมีค่าความถ่วงจำเพาะสูง ในกรณีที่ไม่ได้มีการทดสอบหาค่ามาก่อนมักจะสมมุติค่าความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ชนิดที่ 1 ปริมาณ 3.15

ในการทดลองหาค่าต่าง ๆ ถ้าหากว่าต้องทำการทดสอบมากกว่าหนึ่งครั้งขึ้นไปนั้นโดยทั่ว ๆ ไปจะมีการควบคุมขนาดของความผิดพลาด (Random Error) ที่เกิดขึ้น ในการควบคุมปกติจะถือว่าผลต่างของการทดลอง (สมมุติว่า) สองครั้ง จะต้องไม่เกินค่าที่กำหนดไว้จึงจะถือว่าค่าทั้งสองนั้นใช้ได้ ค่าที่กำหนดไว้เป็นการควบคุมมีอยู่ 2 ประเภทซึ่งขึ้นอยู่กับวิธีทดลองดังนี้

1. ความผิดพลาดเกิดจากการทำซ้ำ (Repeatability) เป็นขนาดของความผิดพลาด ซึ่งเกิดจากการทำการทดลองของคน ๆ เดียวกัน ในห้องปฏิบัติการอันเดียวกันโดยใช้วัสดุ เครื่องมือและวิธีการทดลองแบบเดียวกัน

2. ความผิดพลาดเกิดจากการทำใหม่ (Reproducibility)เป็นขนาดของความผิดพลาดซึ่งเกิดขึ้นจากการทดลองของคนหลายคน ในห้องปฏิบัติการคนละแห่ง โดยใช้วัสดุ เครื่องมือ และวิธีการทดลองแบบเดียวกัน

สำหรับการทดสอบหาค่าความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ไฮดรอลิคนี้ ค่า Repeatability และ Reproducibility ที่ยอมรับกันเป็น 0.03 และ 0.10 ตามลำดับ ดังนั้นผลของการทดสอบสองครั้งไม่ควรจะแตกต่างกันมากกว่าค่าที่กำหนดไว้ข้างบน

วัสดุทดสอบ

ซีเมนต์ผงที่ต้องการทดสอบหนักประมาณ 200 กรัม

เครื่องมือทดสอบ

  1. ขวดทดลองมาตรฐานเลอแชททีเลียร์ (Standard Le Chatelier Flask) จำนวน 1 ใบ
  2. หลอดกรวยสำหรับกรอกซีเมนต์ผงลงในขวดมาตรฐาน จำนวน 1 ใบ
  3. เทอร์โมมิเตอร์ (0 – 100 องศาเซลเซียส) จำนวน 1 อัน
  4. น้ำมันก๊าด (Kerosene) ปริมาตรประมาณ 1000 มล.
  5. อ่างน้ำขนาดประมาณ 2000 มล. จำนวน 1 ใบ
  6. เครื่องชั่งอ่านได้ละเอียดไม่น้อยกว่า 0.1 กรัม
  7. ถาดสำหรับใส่ซีเมนต์ จำนวน 1 ใบ

วิธีทดสอบ

  1. จัดเตรียมน้ำในอ่างให้มีอุณหภูมิคงที่ที่ 20  องศาเซลเซียส ตามที่กำหนดไว้ พยายามควบคุมอุณหภูมิในอ่างน้ำให้มีอุณหภูมิคงที่ตลอดการทดลอง
  2. เทน้ำมันก๊าดลงในขวดทดลองมาตรฐานเลอแชททีเลียร์ จนกระทั่งระดับของน้ำมันก๊าดอยู่ระหว่างขีดบอกปริมาตร 0 และ 1 มล. คอขวดซึ่งอยู่เหนือระดับน้ำมันก๊าดควรเช็ดให้แห้ง
  3. จุ่มขวดทดลองในอ่างน้ำในข้อที่ 1. แล้วให้ทิ้งไว้จนกระทั่งอุณหภูมิของน้ำมันก๊าดและน้ำในอ่างเท่ากัน อ่านค่าอุณหภูมิของน้ำและขีดค่าปริมาตรของน้ำมันก๊าดในขวดทดลอง
  4. ชั่งน้ำหนักของขวดทดลองและน้ำมันก๊าดครั้งแรก จากนั้นค่อย ๆ ใส่ซีเมนต์ลงในขวดทดลอง การใส่ซีเมนต์ควรไม่ให้ซีเมนต์ตกกระจาย และจะต้องระวังไม่ให้ซีเมนต์เกาะติดตามคอขวดทดลองด้วย
  5. ให้หยุดใส่ซีเมนต์เมื่อระดับของน้ำมันก๊าดขึ้นมาอยู่ระหว่างช่วงของขีดบอกปริมาตรส่วนบนของขวดทดลอง จากนั้นทำการไล่ฟองอากาศซึ่งอาจเกาะอยู่กับผงซีเมนต์ การไล่ฟองอากาศให้ปิดปากขวดทดลองด้วยจุกแก้ว แล้วเอียงขวดและหมุนช้า ๆ จนกระทั่งไม่มีฟองอากาศลอยขึ้นมาอีก
  6. จุ่มขวดทดลองในอ่างน้ำอีกครั้งหนึ่ง เช่นเดียวกับข้อที่ 3. ก่อนจะอ่านปริมาตรทุกครั้ง ผู้ทำการทดลองจะต้องแน่ใจว่าอุณหภูมิของน้ำมันก๊าดในขวดทดลองเท่ากับอุณหภูมิของน้ำในอ่าง เพื่อที่จะไม่ให้อุณหภูมิของน้ำมันก๊าดในการอ่านครั้งแรกและครั้งที่สองต่างกันไม่เกินกว่า 0.2  องศาเซลเซียส
  7. อ่านอุณหภูมิของน้ำและปริมาตรของน้ำมันก๊าดในขวดทดลอง
  8. ชั่งน้ำหนักของขวดทดลองและน้ำมันก๊าดครั้งหลัง ผลต่างของน้ำหนักของการชั่งสองครั้งจะเท่ากับน้ำหนักของซีเมนต์ที่ใส่ลงไปในขวดทดลอง
  9. ทำการทดลองซ้ำอีกอย่างน้อย 1 ครั้ง จากข้อ 2. ถึงข้อ 8. จนกว่าจะได้ผลการทดลองเป็นที่น่าพอใจ

หมายเหตุ :ในการทำความสะอาดขวดทดลองให้ใช้น้ำมันก๊าดล้างเท่านั้น ห้ามใช้น้ำล้างเป็นอันขาด

การคำนวณ

  1. ผลต่างระหว่างปริมาตรที่อ่านได้ของครั้งแรกและครั้งที่สองจะเท่ากับปริมาตรของน้ำมันก๊าดที่ถูกแทนที่โดยซีเมนต์ที่ใช้
  2. ผลต่างของน้ำหนักของขวดทดลองและน้ำมันก๊าดทั้งสองครั้งจะเท่ากับน้ำหนักของซีเมนต์ที่ใส่ลงไปในขวดทดลอง
  3. คำนวณหาความถ่วงจำเพาะของซีเมนต์ให้ได้ละเอียดถึงจุดทศนิยม 3 ตำแหน่ง
  4. ในการหาค่าความถ่วงจำเพาะเฉลี่ยให้ปัดเศษด้วยเลขเหลือเพียงทศนิยม 2 ตำแหน่ง

 

ความถ่วงจำเพาะซีเมนต์ = น้ำหนักซีเมนต์ (กรัม) / ปริมาตรของน้ำมันก๊าดที่ถูกแทนที่ (มล.)

 

 หมายเหตุ : ความหนาแน่นของน้ำที่ 4 องศาเซลเซียส เท่ากับ 1 ก./มล.

ตารางบันทึกผลการทดสอบ

 

การทดสอบที่ 2

การทดสอบหาค่าความข้นเหลวปกติและระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต์โดยใช้เข็มแบบไวแคต

(Test for Normal Consistency and Time of Setting of Cement by Vicat Apparatus)

วัตถุประสงค์  

เพื่อทำการทดสอบหาค่าความข้นเหลวปกติ และระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต์โดยใช้เข็มแบบไวแคต

เอกสารอ้างอิง

มาตรฐาน ASTM C 187, C 191

มาตรฐานอุตสาหกรรม มอก. 15 เล่ม 8, เล่ม 9

ทฤษฎี

ในการทดสอบหาคุณสมบัติต่าง ๆ ของซีเมนต์ที่ได้มาตรฐานนั้นปริมาณน้ำที่นำไปผสมกับซีเมนต์จะต้องเป็นปริมาณที่เหมาะสมและตรงตามมาตรฐาน มิเช่นนั้นแล้วผลของการทดสอบคุณสมบัติต่าง ๆ ที่ได้ย่อมไม่สามารถนำไปเปรียบเทียบกันได้

ปริมาณน้ำที่พอเหมาะหรือเหมาะสมนั้นหมายถึงปริมาณน้ำ (คิดเป็นร้อยละของน้ำหนักของซีเมนต์) ที่เมื่อผสมกับซีเมนต์แล้วทำให้ซีเมนต์เพสท์มีความข้นเหลวปกติ (Normal Consistency) สภาพความข้นเหลวปกติของซีเมนต์หมายถึงสภาพที่เมื่อปล่อยเข็มมาตรฐานไวแคต (ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 มม.) แล้วเข็มนั้นจะจมลงไปในซีเมนต์เพสท์ 10 มม. ในระยะเวลา 30 วินาที กล่าวโดยสรุป การทดสอบเรื่องนี้เป็นการทดสอบหาปริมาณน้ำที่เหมาะสมเพื่อนำไปใช้ในการทดสอบหาคุณสมบัติอื่น ๆ ของซีเมนต์ต่อไปนั่นเอง

ระยะเวลาก่อตัว (Time of Setting) ของซีเมนต์ เป็นคุณสมบัติที่สำคัญอันหนึ่งของซีเมนต์ หากซีเมนต์ที่ใช้งานก่อตัวเร็วเกินไปแล้ว เมื่อนำไปใช้ในงานคอนกรีตทั่ว ๆ ไป ผู้ดำเนินงานก็อาจจะไม่มีเวลาเพียงพอในการนำคอนกรีตไปเทลงแบบได้อย่างสมบูรณ์ ซีเมนต์อาจก่อตัวก่อน ซึ่งหมายความว่าหลังจากเวลานั้นแล้วเราไม่ควรจะเคลื่อนย้ายคอนกรีตสดอีกต่อไป เพราะอาจทำให้คอนกรีตเสื่อมคุณภาพได้ อย่างไรก็ตามหากระยะเวลาก่อตัวของคอนกรีตนานมากจนเกินควร ก็อาจมีอุปสรรคต่อการก่อสร้างได้ อาทิเช่น ทำให้ถอดแบบได้ซ้ำ การถอดแบบได้ช้าทำให้เสียเวลาก่อสร้าง เป็นต้น โดยทั่ว ๆ ไปเกณฑ์กำหนดระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ทุกประเภท โดยวิธีนี้จะต้องไม่ต่ำกว่า 45 นาที

การหาระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต์โดยใช้เข็มแบบไวแคตนั้น หมายถึงระยะเวลา (นับตั้งแต่เมื่อเตรียมตัวอย่างเสร็จ) ที่เมื่อนำเข็มไวแคตมาตรฐานขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 มม. ปล่อยลงไปในซีเมนต์เพสต์ที่ผสมน้ำและมีความข้นเหลวปกติแล้ว เข็มนั้นจะจมลงไป 25 มม. หลังจากเมื่อปล่อยเข็มได้ 30 วินาที

อุณหภูมิและความชื้น

  1. อุณหภูมิของอากาศในบริเวณที่ทำการทดลอง ควรอยู่ระหว่าง 20 ถึง 27.5oซ.
  2. อุณหภูมิของน้ำที่ใช้ผสมและของห้องเก็บความชื้นควรอยู่ระหว่าง 23 ±1.7o ซ.
  3. ความชื้นสัมพัทธ์ในบริเวณที่ทำการทดลอง ไม่ควรต่ำกว่าร้อยละ 50
  4. ความชื้นสัมพัทธ์ของห้องเก็บความชื้นที่ใช้เก็บตัวอย่างทดลองไม่ควรต่ำกว่าร้อยละ 90

วัสดุทดสอบ

    ซีเมนต์ผงที่ต้องการทดสอบหนักประมาณ 3650 กรัม

เครื่องมือทดสอบ

  1. เครื่องมือทดสอบแบบไวแคต ซึ่งมีลักษณะและรูปร่าง
  2. เครื่องชั่งอ่านได้ละเอียดไม่น้อยกว่า 0.1 กรัม
  3. กระบอกตวงขนาด 200 มล. และมีขีดอ่านปริมาตรได้ละเอียดถึง 1 มล. จำนวน 1 อัน
  4. เกรียงเหล็ก จำนวน 1 อัน
  5. ถาดสำหรับผสมซีเมนต์ 1 ใบ
  6. ภาชนะสำหรับใส่ซีเมนต์ 1 ใบ 
  7. ถุงมือยาง 1 คู่

วิธีทดสอบ

  • การทดสอบหาความข้นเหลวปกติของซีเมนต์

  1. ชั่งซีเมนต์จำนวน 650 ก. และใส่ลงในถาดสำหรับผสม
  2. เกลี่ยซีเมนต์ให้มีลักษณะเป็นรูปกรวยภูเขาไฟ แล้วเทน้ำที่ทราบปริมาณที่แน่นอนลงไป (ในการทดสอบครั้งแรกอาจใช้น้ำประมาณ 26%) และในขณะที่เทน้ำนั้นให้ใช้เกรียงเกลี่ยซีเมนต์ด้านนอกเข้าไปด้านในด้วยเพื่อกันการระเหยของน้ำ ให้เทน้ำให้หมดภายในระยะเวลา 30 วินาที
  3. ปล่อยทิ้งไว้ให้ซีเมนต์ดูดซึมน้ำอีกเป็นเวลา 30 วินาที ในระหว่างนี้อาจใช้เกรียงช่วยป้องกันไม่ให้น้ำระเหยออกไป
  4. หลังจากนั้นให้ใช้มือบีบ นวด ขยำ อย่างแรงเพื่อให้น้ำกับซีเมนต์ผสมเข้ากันอย่างทั่วถึงเป็นระยะเวลา 90 วินาที
  5. จากนั้นให้ใช้มือทั้งสองปั้นซีเมนต์เพสท์ที่ได้ให้เป็นก้อนกลม ๆ อย่างรวดเร็ว แล้วโยนจากมือหนึ่งไปอีกมือหนึ่ง สลับกันไป จำนวน 6 ครั้ง โดยให้มือทั้งสองห่างกันประมาณ 15 ซม.
  6. จากนั้นในขณะที่มือข้างหนึ่งถือซีเมนต์เพสท์ลูกกลมอยู่นั้น ให้อัดซีเมนต์เพสท์เข้าไปทางด้านใหญ่ของแบบวงแหวนรูปกรวยของเครื่องมือไวแคต ซึ่งถือไว้ด้วยมืออีกข้างหนึ่ง
  7. ปาดซีเมนต์เพสท์ที่เกินอยู่ทางด้านใหญ่ของแบบออก โดยใช้มือเลื่อนเพียงครั้งเดียวเท่านั้น
  8. วางแบบด้านใหญ่ลงบนแผ่นแก้ว แล้วปาดซีเมนต์เพสท์ที่เกินอยู่ทางด้านเล็กออกโดยใช้เกรียงตัดเฉียง ๆ กับด้านบนของแบบ จากนั้นให้ตกแต่งผิวหน้าให้เรียบร้อย โดยใช้ปลายเกรียงแตะ ๆ เท่านั้นห้ามมิให้มีการอัดซีเมนต์เพสต์ด้วยแรงใด ๆ ทั้งสิ้น
  9. วางซีเมนต์เพสต์ให้อยู่ใต้เข็มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 มม. ของเครื่องมือไวแคต (ควรตรวจสอบเครื่องมือก่อนว่าเข็มของเครื่องมือไวแคตสามารถเลื่อนขึ้นลงได้อย่างสม่ำเสมอ)
  10. เลื่อนปลายเข็มให้แตะกับผิวของเพสท์ตรงกลางแบบจากนั้นอ่านสเกลหน้าปัด (หรืออาจตั้งให้อ่านสเกลที่ศูนย์ก็ได้)
  11. ให้ปล่อยเข็มทันทีเมื่อผสมซีเมนต์เสร็จแล้ว 30 วินาที
  12. อ่านสเกลหน้าปัดอีกครั้งหนึ่งหลังจากที่ปล่อยเข็มไปได้ 30 วินาที ซึ่งจะทำให้ทราบได้ว่าเข็มจมลงไปเท่าใด
  13. ให้เขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณน้ำที่ใช้ (เป็น %) กับส่วนที่เข็มจม (เป็น มม.)
  14. ให้ทำการทดลองซ้ำหลาย ๆ ครั้ง (จากข้อ 1 ถึงข้อ 13) โดยใช้ซีเมนต์ใหม่ทุกครั้งจนกระทั่งสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณน้ำที่ใช้กับส่วนที่เข็มจมลงไป 10 มม. ได้จากกราฟ ปริมาณน้ำที่หาได้ก็คือความข้นเหลวปกติของซีเมนต์นั้น ๆ
  • การทดสอบหาระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต์
  1. ปฏิบัติตามขั้นตอนที่ 1-8 ของการทดสอบหาค่าความข้นเหลวปกติของซีเมนต์ โดยใส่น้ำในปริมาณที่ทำให้ซีเมนต์มีความข้นเหลวปกติ
  2. ให้ทำการทดสอบหาระยะที่เข็มจมลงไปเมื่อปล่อยเข็มขนาด 1 มม. เมื่อเวลาผ่านไป หลังจากที่เตรียมตัวอย่างเสร็จเรียบร้อยแล้ว 30 นาที และให้ทำการทดสอบซ้ำทุก ๆ 15 นาที หลังจากนั้น (ทุก ๆ 10 นาที สำหรับซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทสาม) จนกระทั่งได้ระยะเข็มจมน้อยกว่า 25 มม.
  3. ในการทดสอบแต่ละครั้งให้เลื่อนปลายเข็มให้แตะกับผิวของเพสต์ จากนั้นให้อ่านสเกลหน้าปัด (หรืออาจตั้งสเกลให้อ่านที่ศูนย์ก็ได้) แล้วปล่อยเข็มให้เลื่อนลงทันทีเป็นระยะเวลา 30 วินาที จากนั้นจึงอ่านสเกลอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งจะทำให้ทราบว่าเข็มจมลงไปเท่าใด (ในกรณีที่เพสต์เหลวมาก อาจใช้มือช่วยเพื่อป้องกันเข็มงอก็ได้)
  4. ในการทดสอบแต่ละครั้งไม่ควรทดสอบใกล้กว่า 6.4 มม. จากจุดเดิมหรือ 9.5 มม. จากขอบด้านในของแบบรูปวงแหวน
  5. หาความสัมพันธ์ระหว่างเวลาที่ผ่านไปในขณะที่เข็มจมลงไป 25 มม. ได้จากกราฟ ระยะเวลาที่หาได้คือระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต์นั้น ๆ

หมายเหตุ

  1. ระยะเวลาก่อตัวที่หาได้จากการทดลองครั้งนี้เป็นระยะเวลาก่อตัวเบื้องต้น (initial setting time)เท่านั้น ส่วนระยะเวลาก่อตัวขั้นสุดท้าย (final setting time) นั้นหมายถึงระยะเวลาที่ผ่านไปเมื่อปล่อยเข็มไม่จมลงเลย
  2. ในการทดลองแต่ละครั้งควรทำความสะอาดเข็ม และดัดเข็มให้ตรงอยู่เสมอ

การคำนวณ

ปริมาณน้ำที่ต้องการเพื่อให้ได้ความข้นเหลวปกติ ให้คำนวณเป็นร้อยละของน้ำหนักปูนซีเมนต์แห้งโดยคำนวณให้ละเอียดถึงร้อยละ 0.1 และต้องรายงานให้ละเอียดถึงร้อยละ 0.5

 

ปริมาณน้ำ (%) = {น้ำหนักน้ำ(กรัม) / น้ำหนักซีเมนต์แห้ง(กรัม)}*100

 

ตารางบันทึกผลการทดสอบ

การทดสอบหาความข้นเหลวปกติของซีเมนต์

การทดสอบหาระยะเวลาก่อตัวของซีเมนต์