بتن (اجزای تشکیل دهنده، ویژگی‌ها، طرح مخلوط، انواع، آزمایش‌ها)
بخش ۱۱: سیمان پرتلند (آزمایش‌های سیمان – قسمت دوم)
زمان گیرش
زمان گیرش اعم از اولیه یا نهایی یک ویژگی کنترلی فیزیکی اجباری عملکردی محسوب می‌گردد.
اصولا پس از تهیه خمیر نرمال طبق استاندارد مربوطه، آزمایش زمان گیرش بر روی این خمیر نرمال انجام می‌شود.
در تهیه خمیر نرمال، تعریف آن و تعیین زمان گیرش، در اروپا طبق EN 196-3 عمل می‌شود.
در تهیه خمیر نرمال و تعیین زمان گیرش آن از یک مخلوط‌کن خمیر و دستگاه ویکا Vicat (به غلط ویکات) استفاده می‌شود که دستور EN آن با ASTM تفاوت دارد (وسیله آن هم تا حدودی فرق می‌کند).
پس از آنکه مخلوطی از سیمان و آب طبق استاندارد مربوطه تهیه شد در قالب مخروط ناقص به قطر فوقانی ۷۰ و تحتانی ۸۰ و ارتفاع ۴۰ م.م ریخته و متراکم می‌شود و زیر میله‌ای به قطر ۱۰ م.م. و وزن کل ۳۰۰ گرم قرار می‌گیرد تا به مدت ۳۰ ثانیه پس از آزاد شدن در خمیر نفوذ کند (فاصله زمانی شروط اختلاط تا شروع نفوذ ۴ دقیقه است)
وقتی خمیر سیمان، نرمال تلقی می‌شود که میله به ۱±۶ م.م کف قالب مخروطی برسد (۱±۳۴ م.م نفوذ) مسلما اگر این اتفاق نیافتد باید مجددا سیمان خشک را با درصد آب مناسب دیگری مخلوط و آزمایش را تکرار کرد
خمیر درون قالب در دمای ۱±۲۰ درجه و رطوبت بیش از ۹۰ درصد برای ادامه کار (تعیین زمان گیرش) نگهداری می‌شود.
برای زمان گیرش اولیه از سوزنی به قطر ۱.۱۳ م.م. که در مجموع وزن متحرک ۳۰۰ گرم دارد استفاده می‌شود و پس از قرارگیری روی سطح خمیر و رها شدن به مدت ۳۰ ثانیه نفوذ آن اندازه‌گیری می‌شود.
زمان گیرش اولیه وقتی است که سوزن مزبور به ۱±۴ م.م کف (نفوذ ۱±۳۶ م.م) برسد. تعیین این زمان با فرو بردن سورن در فواصل زمانی حدود ۱۰ دقیقه و در فوصل ۱۰ م.م انجام می‌شود و نتیجه با دقت ۵ دقیقه گزارش می‌گردد.
زمان گیرش نهایی بر روی طرف دیگر (کف) خمیر سفت شده انجام می‌شود و به سوزن یک قسمت پهن وصل می‌شود که قطری حدود ۵ م.م و جرم ۹ گرم دارد و زمان گیرش هنگامی حاصل می‌شود که این سوزن و ضمیمه آن ظرف ۳۰ ثانیه اثر ناچیزی در حدود ۰.۵ م.م بر سطح خمیر بگذارد. این زمان با دقت ۱۵ دقیقه گزارش می‌شود.
زمان گیرش در استاندارد ASTM با دو وسیله مختلف به نام‌های گیلمور و ویکا انجام می‌شود که روش استاندارد آن به ترتیب C191 و C266 می‌باشد. در استاندارد ایران زمان گیرش مشابه استاندارد ASTM C191 با دستگاه ویکا بدست می‌آید.
در استاندارد ASTM C191 و استاندارد ۳۹۲ ایران، پس از تهیه خمیر سیمان، شبیه روش اروپایی، قالب مخروط ناقص به قطر فوقانی ۶۰، تحتانی ۷۰ و ارتفاع ۴۰ م.م. پر می‌شود ولی تعریف خمیر سیمان نرمال، خمیری است که میله ۳۰۰ گرمی به قطر ۱۰ م.م. ظرف مدت ۳۰ ثانیه در حدود ۱۰ م.م. در آن فرو رود در حالیکه فقط ۳۰ ثانیه از پایان اختلاط خمیر گذشته باشد.
در صورت عدم موفقیت مجددا خمیری با درصد آب متفاوت ساخته می‌شود.
زمان گیرش اولیه زمانی است که سوزن ۱ م.م به میزان ۲۵ م.م در خمیری که در دمای ۲۳ درجه و اتاق مرطوب نگهداری شده است فرو رود (از زمان تماس آب و سیمان) که با دقت ۱ دقیقه گزارش می‌شود.
زمان گیرش نهایی زمانی است که این سوزن (بدون ضمیمه خاص) نفوذ قابل مشاهده‌ای در خمیر نداشته باشد و با دقت ۵ دقیقه گزارش می‌گردد.
در استاندارد اروپایی، درصد آب خمیر نرمال سیمان معمولا در حدود ۴ تا ۵ درصد بیشتر از روش آمریکایی بدست می‌آید. درصد آب خمیر نرمال در اروپا برای سیمان‌های پرتلند بین ۲۶ تا ۳۲ و در آمریکا بین ۲۱ تا ۲۶ درصد بدست می‌آید که دلیل آن تفاوت تعریف است و تابع عواملی چون ریزی، میزان ترکیبات اصلی، سنگ گچ و غیره است.
با توجه به تعریف زمان گیرش، در ارتباط با تعریف درصد آب لازم برای تهیه خمیر نرمال، عملا زمان گیرش در استاندارد اروپا و آمریکا نزدیک به یکدیگر بدست می‌آید.
در استاندارد ۳۸۹ ایران، برای همه انواع سیمان پرتلند حداقل زمان گیرش اولیه به روش ویکا ۴۵ دقیقه و حداکثر زمان گیرش اولیه آن ۳۷۵ دقیقه می‌باشد. به عنوان یک ویژگی اختیاری، حداقل زمان گیرش اولیه به روش گیلمور ۶۰ دقیقه و حداکثر زمان گیرش نهایی ۶۰۰ دقیقه می‌باشد.
در استاندارد ۲۹۳۱ ایران، برای سیمان پرتلند سفید حداقل زمان گیرش اولیه ۴۵ دقیقه و حداکثر زمان گیرش نهایی آن ۸ ساعت است.
در استاندارد ۳۴۳۲ سیمان‌های پرتلند پوزولان‌دار برای زمان گیرش اولیه حداقل ۶۰ دقیقه و زمان گیرش نهایی حداکثر ۷ ساعت داده شده است.
در استاندارد ۳۵۱۷ سیمان‌های پرتلند سرباره‌دار حداقل زمان گیرش اولیه ۴۵ دقیقه و زمان گیرش نهایی حداکثر ۷ ساعت داده شده است.
در استاندارد ۴۲۲۰ سیمان پرتلند آهکی حداقل زمان گیرش اولیه ۷۵ دقیقه و زمان گیرش نهایی حداکثر ۸ ساعت داده شده است.
در ASTM C150 برای سیمان‌های پرتلند حداقل زمان گیرش ۴۵ دقیقه و حداکثر آن ۳۷۵ دقیقه است.
در ASTM C595 برای سیمان‌های آمیخته حداقل زمان گیرش ۴۵ دقیقه و حداکثر آن ۴۲۰ دقیقه است.
در استاندارد EN 197-1 صرفا حداقل زمان گیرش اولیه برای سیمان‌های رده ۳۲.۵ به ۷۵ دقیقه و سیمان‌های رده ۴۲.۵ به ۶۰ دقیقه و سیمان‌های رده ۵۲.۵ به ۴۵ دقیقه محدود شده است.
گرمازایی سیمان
یک ویژگی فیزیکی اجباری یا اختیاری عملکردی سیمان است که به ویژگی‌های شیمیایی مرتبط می‌باشد.
این آزمایش طبق ASTM C186 یا طبق استاندارد ۳۹۴ ایران و یا طبق EN 196-8,9 انجام می‌شود.
آزمایش در یک محفظه بسته کالریمتری بالا رفتن دما با دقت زیاد اندازه‌گیری می‌شود و درنتیجه مقدار گرمازایی برای هر گرم سیمان در مدت زمان موردنظر بدست می‌آید.
معمولا گرمازایی ۷ و ۲۸ روزه در مشخصات استاندارد سیمان‌ها مطرح می‌گردد و در کارهای تحقیقاتی گرمازایی نهایی نیز اندازه‌گیری می‌شود.
