Laboratorní cvičení #4

li kamenivo jílovité hrudky, je třeba protřepání po 1 až 2 hodinách opakovat.
Po protřepání upravíme povrch kameniva ve válci nakláněním a poklepáváním
tak, aby byl přibližně vodorovný. Válec necháme po dobu 24 hodin v klidu a
pak odečteme na stupnici válce jednak objem samotné vrstvy jemné usazeniny
nad vrstvou kameniva, jednak celkový objem obou vrstev kameniva.
3.9.3 Měřené veličiny
V
1
je objem vrstvy jemné usazeniny po 24 hodinách usazování, v ml;
V
2
je celkový objem vrstvy kameniva a vrstvy jemné usazeniny po 24 ho-
dinách usazování, v ml.
Hlinitost H kameniva v % objemu vypočítáme ze vzorce
H
V
V
=⋅
1
2
100 (3.11)
3.9.4 Vyhodnocení
Výslednou hodnotu hlinitosti zaokrouhlete na 0,1% a porovnejte
s technickými požadavky.

3.10 Odolnost pórovitého kameniva proti drcení (ČSN
EN 13055-1)
Zkouškou se posuzuje vhodnost pórovitých kameniv pro výrobu lehkých beto-
nů z hlediska požadované krychelné pevnosti betonu.
3.10.1 Princip
Podstatou zkoušky je zjištění zatížení potřebného k předepsanému stlačení
hrubého pórovitého kameniva pístem ve válci.
3.10.2 Zkušební zařízení a pomůcky
− zkušební lis o rozsahu do 200 kN;
− zkušební válec s tlačným pístem (obrázek 3.8); skládá se z odnímatelného
dna (A), dutého ocelového válce o ∅ 150 mm (B), vodícího prstence (C) a

Stavební látky - laboratorní cvičení 1
dutého pístu (D). Na vnějším plášti pístu jsou ve vzdálenosti 20 mm od sebe
vyryty dvě rysky (E).

3.10.3 Postup
Pórovité kamenivo předem vysušíme při 105 °C
do ustálené hmotnosti. Vzorek kameniva volně
nasypeme do zkušebního válce z výšky 100 mm
od jeho horního okraje tak, aby po zarovnání
kovovým pravítkem byl válec naplněn po tento
okraj. Na válec nasadíme vodící prstenec a do
něj vložíme píst, přičemž spodní ryska na pístu
se musí krýt s horním okrajem vodícího prsten-
ce. Naplněný válec s pístem vložíme mezi tlač-
né desky zkušebního stroje. Horní čelist zku-
šebního lisu musí být provedena ve tvaru kulo-
vého kloubu, aby se píst ve válci nevzpříčil.
Náplň pórovitého kameniva ve válci se působe-
ním zvolna vzrůstajícího zatížení stlačí o
20 mm. V okamžiku, kdy se horní ryska na pístu
kryje s horním okrajem vodícího prstence, pře-
čteme velikost zatížení na siloměrné stupnici
stroje.
ŘEZ POHLED
C
D
B
A
E

Obrázek 3.8 Zkušební válec
3.10.4 Měřené veličiny
F je tlak při stlačení, v N;
A je plocha pístu v mm
2
;
Odolnost proti drcení C
a
v N/mm
2
vypočteme ze vztahu
A
F
C
a
= (3.12)
3.10.5 Vyhodnocení
Výsledek zkoušky zaokrouhlete na 0,01 MPa.
Kontrolní otázky
1. Jakými způsoby můžeme zjistit objemové hmotnosti kameniva?
2. Který z fyzikálních zákonů se používá u přesné metody zjišťování obje-
mové hmotnosti kameniva?
3. Co udává mezerovitost kameniva?
4. Jaká zrna kameniva jsou z hlediska tvarového indexu nevhodná?
- 25 (48) -
=NRXãHQtNDPHQLYDSURVWDYHEQt~þHO\

Korespondenční úkol
K/2 Do jaké výšky můžete naplnit přívěsný vozík o šířce 1,3 m, délce 1,6 m
a nosnosti 400 kg volně sypaným pískem? Sypná hmotnost byla orien-
tačně zjištěna v plechovce o objemu 2 litrů a hmotnosti 0,546 kg, která
po naplnění pískem vážila 4,036 kg.
(klíč: 1745 kg.m
-3
, 0,11 m)

K/3 Kolik tun betonového recyklátu bude potřeba na vytvoření podkladní
vrstvy o tloušťce 0,12 m na ploše 10 m × 30 m, jestliže zkouškami byla
zjištěna objemová hmotnost betonového recyklátu 2200 kg.m
-3
a meze-
rovitost upravené vrstvy 27%.
(klíč: 36 m
3
, 1606 kg.m
-3
, 57,8 t)

K/4 Hmotnost suchého vzorku keramzitu byla 395,25 g. Jaká je objemová
hmotnost, vypočtená pomocí hydrostatického vážení, pokud víme, že
nasákavost keramzitu je 28,6 % a hmotnost nasáklého kameniva při po-
noření do vody 113,05 g?
(klíč: 508,29 g, 1000 kg.m
-3
)

K/5 Pomocí dvoučelisťového posuvného měřidla s poměrem čelistí 1 : 3 byl
roztříděn vzorek kameniva. Určete hmotnostní podíl zrn o tvarovém in-
dexu 3 a větším, jestliže jejich hmotnost byla 324 g a hmotnost zrn
s tvarovým indexem menším než 3 byla 1026 g. (klíč: 24,0 %)


4 Zkoušení cementu
4.1 Cíle
V této kapitole se seznámíte se zkouškami fyzikálně mechanických vlastností
cementu – stanovení dob tuhnutí, pevností v ohybu a pevností v tlaku
4.2 Doba potřebná ke studiu
Časová náročnost této kapitoly je 150 min.

Příklad 2.1
Pro potřeby cvičení zde uvádíme příklad nového značení cementu podle
ČSN P ENV 197-1: CEM II / B-S 32,5 R je portlandský směsný ce-
ment (II), struskový (S), s obsahem strusky 21% až 35% (B), pevnostní třídy
32,5, s vysokou počáteční pevností (R).

Stavební látky - laboratorní cvičení 1
=NRXãHQtFHPHQWX
4.3 Kaše normální hustoty (ČSN EN 196-3)
4.3.1 Podstata zkoušky
Protože vlastnosti cementové kaše (směs cementu a vody) se výrazně mění
s množstvím přidané vody a jemností mletí cementu, je třeba pro zkoušky
tuhnutí a objemové stálosti nejprve připravit cement. kaši normální hustoty
Definice
Cementová kaše má normální hustotu, jestliže se váleček Vicatova pří-
stroje po spuštění do prstence naplněného cementovou kaší zastaví ve
vzdálenosti 6±1 mm nad podložkou
Zjištění množství vody, potřebné pro dosažení normální hustoty, provedeme
několika pokusy na cementových kaších s různým vodním součinitelem. Vod-
ním součinitelem nazýváme hmotnostní poměr vody ku cementu.
4.3.2 Zkušební zařízení a pomůcky
• Vicatův přístroj, opatřený hustoměrným válečkem o průměru 10 mm,
s účinnou délkou 50 mm a hmotností včetně pohyblivé části 300 g (obrázek
4.1);
• prstenec tvaru komolého kužele z tvrzené pryže, do něhož se ukládá cemen-
tová kaše;
• skleněná podložka pod širší základnu prstence
o velikosti 120×120 (mm), tloušťky 4 - 5 mm;
• mísidlo se dvěma rychlostmi otáček metly
podle ČSN EN 196-1;
• stěrka z pryže nebo jiné hmoty nereagující
s cementem;
• technické váhy do 1000 g s citlivostí 1 g;
• nádobka na vážení cementu, odměrný válec na
500 ml, plechová lopatka.
4.3.3 Příprava zkoušky
Vicatův přístroj (obrázek 4.1) osadíme husto-
měrným válečkem a zkontrolujeme, zda nezadr-
hává pohyblivá tyčka (E). Hustoměrný váleček
postavíme na podložní skleněnou destičku (D) a
pohyblivou stupnici (B) posuneme do takové po-
lohy, aby ukazatel (ryska na tyčce) splýval
s hodnotou 0 na stupnici. Dále lehce potřeme va-
zelinou nebo olejem skleněnou podložku a vnitřní
stěnu kuželového prstence (C).

Obrázek 4.1 Vicatův přístroj
Pro zkoušku navážíme 500 g cementu s přesností na 1 g. Zvolené množství
vody (obvykle v intervalu 23% až 30% z hmotnosti cementu) odměříme od-
- 27 (48) -

měrným válcem nebo navážíme. Ke zkoušce má být použita voda destilovaná
nebo deionizovaná. Pokud se používá jakákoliv jiná voda, je nutné prokázat, že
je s ní dosahováno stejných výsledků.
4.3.4 Provedení zkoušky
Do míchací nádoby nalijeme nejprve vodu a do ní opatrně vsypeme cement,
aby nedošlo ke ztrátám. Doba, po kterou vsypáváme cement do vody, musí být
delší než 5 s, ale nesmí překročit 10 s. Okamžik ukončení přidání cementu do
vody je výchozí hodnotou pro měření času. Poté zvedneme míchací nádobu do
pracovní polohy a zařízení uvedeme do chodu. Míchání se provádí pomalými
otáčkami metly (140 ot/min) po dobu 90 s, pak se míchání na 15 s zastaví, aby-
chom mohli setřít ulpělou kaši ze stěn nádoby. Domíchání se provede opět níz-
kou rychlostí otáček metly (140 ot/min) po dobu dalších 90 s. Celková doba
míchání je 3 min.
Po skončení míchání ihned naplníme prstenec s podložkou cementovou kaší
s mírným přebytkem bez zbytečného hutnění. Povrch cementové kaše zarov-
náme s okrajem prstence tak, aby byl hladký.
Ihned po uhlazení cementové kaše postavíme Vicatův prstenec na podložce
středem pod hustoměrný váleček, který nastavíme tak, aby byl ve styku
s povrchem cementové kaše. V této poloze jej podržíme po dobu 1 až 2 s. Nato
uvolníme pohyblivou část a hustoměrný váleček necháme vnikat svisle do stře-
du cementové kaše. Zkouška normální hustoty musí být provedena do 4 minut
po ukončení sypání cementu do vody. Na stupnici odečteme hloubku vniknutí
tehdy, když hustoměrný váleček již nevniká hlouběji do cementové kaše, nej-
později však po 30 s.
4.3.5 Vyhodnocení
Cementová kaše má normální hustotu, jestli-
že vzdálenost mezi podložkou a spodní plo-
chou hustoměrného válečku je (6±1) mm
(obrázek 4.2). Pokud není podmínka splněna,
připravíme novou kaši s jiným (menším nebo
větším) množstvím vody a zkoušku opaku-
jeme tak dlouho (vždy s novou kaší), až vále-
ček vnikne do požadované hloubky. Množ-
ství vody, s nímž bylo dosaženo normální
hustoty, vyjádříme v % hmotnosti cementu se
zaokrouhlením na 0,5%.
Pokud se ve cvičení nepodaří na poprvé do-
sáhnout požadované hodnoty, nemíchejte
kaši znovu, pouze napište množství vody v %
a dosaženou vzdálenost válečku od podložky.

Obrázek 4.2 Stanovení kaše
normální hustoty

Stavební látky - laboratorní cvičení 1
4.4 Stanovení dob tuhnutí (ČSN EN 196-3)
4.4.1 Podstata zkoušky
Ke zkoušce rovněž používáme Vicatův přístroj, ale hustoměrný váleček nahra-
díme ocelovou jehlou. Doby tuhnutí (počátek a konec) se zjišťují na kaši nor-
mální hustoty. Za dobu tuhnutí je považován časový úsek, po němž jehla
vnikne do stanovené hloubky cementové kaše normální hustoty
4.4.2 Zkušební zařízení a pomůcky
− stejné jako u stanovení kaše normální hustoty;
− navíc jehla pro stanovení počátku tuhnutí o průměru 1,13 mm, účinné délce
50 mm při celkové hmotnosti pohyblivé části 300 g;
− jehla s nástavcem pro stanovení konce tuhnutí.
4.4.3 Stanovení počátku tuhnutí
Definice
Počátkem tuhnutí se rozumí doba, která uplyne od vsypání cementu do
vody až po okamžik, kdy vzdálenost mezi jehlou Vicatova přístroje a
skleněnou podložkou činí (4±1) mm (obrázek 4.3).

Nastavení stupnice do nulové polohy je stej-
né jako v případě použití válečku.

Obrázek 4.3 Stanovení počátku
tuhnutí
Počátek tuhnutí stanovíme na stejném vzorku
cementové kaše ve vhodně zvolených inter-
valech (např. 10 min.) a na vhodných místech
vzdálených nejméně 10 mm od okraje prs-
tence a 10 mm od posledního vpichu. Hloub-
ku vpichu odečítáme tehdy, když jehla ne-
vniká hlouběji do cementové kaše, nejpozději
do 30 s. Po každém vpichu Vicatovu jehlu
očistíme.
- 29 (48) -
=NRXãHQtFHPHQWX

4.4.4 Vyhodnocení
Z individuálních zadání ve formě grafických záznamů průběhu tuhnutí odečtěte
1) okamžik přidání cementu do vody; 2) okamžik, kdy se jehla zastavila
(4±1) mm nad podložkou; 3) okamžik, kdy jehla vnikla pouze 0,5 mm pod
povrch vzorku. Počátek tuhnutí v minutách porovnejte s požadavky
ČSN P ENV 197-1 (viz. tabulka 4.1), konec tuhnutí má nastat do 12 h (tato
hodnota je pouze doporučená).

Tabulka 4.1 Mechanické a fyzikální požadavky podle ČSN P ENV 197-1
4.5 Výroba zkušebních těles pro zkoušky pevnosti
(ČSN EN 196-1)
Ačkoliv se zkouška nazývá stanovení pevnosti cementu, ve skutečnosti zkou-
šíme schopnost cementu vázat kamenivo po přidání vody. Ke zkoušce, která se
skládá ze stanovení pevnosti v ohybu a pevnosti v tlaku, používáme vždy
3 kusů trámečků o rozměrech 40×40×160 (mm), které jsou vyrobeny z jedné
záměsi speciální cementové malty plastické konzistence, tedy nikoliv z kaše
normální hustoty!
4.5.1 Zkušební zařízení a pomůcky
− mísidlo cementové malty podle ČSN EN 196-1;
− trojforma ke zhotovení 3 ks trámečků o rozměrech 40×40×160 (mm);
− normový písek CEN;
− zhutňovací stolek s nástavcem podle ČSN EN 196-1;
− velká a malá stěrka, rovné kovové pravítko.


Stavební látky - laboratorní cvičení 1
4.5.2 Výroba zkušebních těles
Podle ČSN EN 196-1 se pro výrobu zkušebních těles používají standardní
písky CEN, jejichž vlastnosti jsou podrobně popsány v [2]. Každá záměs pro
výrobu 3 ks zkušebních těles obsahuje 1 díl cementu (450 g), 3 díly standartní-
ho písku (3×450 g, celkem 1350 g) a 1/2 dílu vody (225 g) - viz. obr. 4.6; vod-
ní součinitel v/c = 0,5. Cement, písek i voda musí mít laboratorní teplotu.

+ +
cement normový písek voda
450 g 3 × 450 g = 1350 g 225 g
=
malta pro
výrobu 3
ks

Obrázek 4.2 Složky pro výrobu normové cementové malty
Maltu připravujeme strojním mícháním, podrobný popis zařízení je uveden v
[2]. Každou záměs připravujeme následujícím způsobem:
• do nádoby vlijeme vodu a přidáme cement;
• spustíme míchání nízkou rychlostí;
• po 30 s plynule přisypeme písek v průběhu následujících 30 s (používáme-
li písek v oddělených frakcích, přisypáváme samostatně stanovená množství
jednotlivých frakcí, počínaje hrubou);
• poté mícháme 30 s vysokou rychlostí;
• míchačku zastavíme na 90 s; během prvních 15 s pomocí gumové stěrky
setřeme všechnu maltu ulpělou na stěnách nádoby a umístíme ji do středu
nádoby;
• v míchání pokračujeme 60 s vysokou rychlostí.
Časový program pro jednotlivé úseky míchání musí být dodržen s přesností na
±1 s.
Formu upevníme na zhutňovací stolek. Bezprostředně po ukončení míchání
naplníme jednotlivé díly formy s nasazeným nástavcem množstvím cca 300 g
malty. Maltu rovnoměrně rozprostřeme a pak hutníme první vrstvu 60 rázy. Po
zhutnění první vrstvy formu rovnoměrně naplníme zbývající maltou, v každém
dílu ji rozprostřeme a zhutníme dalšími 60 rázy.
Formu opatrně sejmeme se stolku a odstraníme nástavec. Přebytečnou maltu
setřeme svisle postaveným kovovým pravítkem pilovitým pohybem, který ve-
deme jedenkrát v každém směru. Povrch zkušebního tělesa uhladíme stejným
pravítkem, drženým na plocho. Setřením odstraníme zbytky malty. Tělesa ve
formě označíme pro pozdější identifikaci.
4.5.3 Uložení zkušebních těles
Na formu položíme desku o rozměrech 210×185 (mm) a tloušťce 6 mm ze skla
nebo jiného nepropustného materiálu. Každou označenou a pokrytou formu
umístíme do vlhkého prostoru a uložíme na vodorovnou podložku.
- 31 (48) -
=NRXãHQtFHPHQWX

4.6 Pevnost v ohybu
4.6.1 Princip zkoušky
Cílem zkoušky je zjistit tahové napětí vyvolané ohybovým momentem při po-
rušení vzorku. Těleso se zatěžuje jedním břemenem v polovině rozpětí.
4.6.2 Zkušební zařízení a pomůcky
• zkušební lis s rozsahem do 10 kN nebo Michaelisův přístroj;
• zatěžovací přípravek sestávající ze dvou válcových podpěr vzdálených od
sebe 100 mm a jednoho zatěžovacího válce - viz obrázek 4.5.
4.6.3 Postup zkoušky
Zkušební těleso uložíme na válcové podpěry zkušebního stroje na jednu
z bočních ploch tak, že jeho podélná osa je k válcovým podpěrám kolmá. Zatí-
žení se zvyšuje rovnoměrnou rychlostí (50±10) N/s až do zlomení.

160
30 30
10 10
10
a
40
100

Obrázek 4.4 Uspořádání ohybové zkoušky
Pro výpočet pevnosti v ohybu musíme znát pojmy ohybový moment a průře-
zový modul, které však budou vysvětleny později v předmětu Pružnost a plas-
ticita. Proto jsou v tabulce 4.2 pro potřeby výpočtů uvedeny vybrané případy
ohybového namáhání s hodnotami ohybového momentu a modulu průřezu -
viz. též [1, str. 19].
4.6.4 Měřené veličiny a výpočet
Pevnost v ohybu R
f
v N/mm
2
počítáme jako mezní hodnotu napětí v ohybu
(tabulka 4.2) podle vzorce

Schéma zatížení Max. ohybový
moment
[kN.m]
Tvar průřezu Průřezový
modul
[mm
3
]

Stavební látky - laboratorní cvičení 1
F
F/2 F/2
l/2 l/2
l


M
Fl
=×
22


b
h


wbh=
1
6
2

F/2 F/2
x x
l
F/2F/2
l-2x


M
F
x=×
2

d


wd=
π
32
3

Tab. 4.2 Vybrané hodnoty ohybového momentu a modulu průřezu
32
5,1
6
4
b
lF
hb
lF
W
M
R
ff
f
××
=
×
×
== (4.1)
b=h je délka boční strany průřezu trámečku, v mm;
F
f
je lomové zatížení, vynaložené na střed trámečku, v N;
l je vzdálenost válcových podpěr, v mm;

Použijeme-li ke zlomení trámečku
Michaelisova přístroje s brokovou
zátěží a pákovým převodem 1:50 (ob-
rázek 4.6), vypočteme lomové zatíže-
ní F
f
v N podle vzorce

Obrázek 4.5 Schéma Michaelisova pří-
stroje
Fm
f
=××50 g (4.2)
m je hmotnost nádoby s broky v kg;
g = 9,80665 m/s
2
je tíhové zrychlení

Po dosazení F
f
a všech konstant do rovnice 4.1 získáme pro výpočet R
f

v N/mm
2
zjednodušený vzorec
R
M
W
mgl
b
m
m
f
==
××× ×
=
× × × ×
=×
1 5 50 1 5 50 9 80665 100
40
1149
33
,,,
, (4.3)
Pozor, toto zjednodušení platí pouze pro ohybové zkoušky trámečků o rozmě-
rech 40×40×160 (mm) pomocí Michaelisova přístroje s převodem 1:50 a na-
stavenou vzdáleností podpěr 100 mm!
4.6.5 Vyhodnocení
Výsledkem zkoušky je aritmetický průměr ze tří pevností v ohybu, zaokrouh-
lený na 0,1 N/mm
2
.
- 33 (48) -
=NRXãHQtFHPHQWX

4.7 Pevnost v tlaku
Pevnost v tlaku cementu zjišťujeme na zlomcích normových trámečků po
zkoušce pevnosti v ohybu.
4.7.1 Zkušební zařízení a pomůcky
• zkušební lis o vhodném pracovním rozsahu (v našem případě do 200 kN);
• přípravek do zkušebního stroje.
4.7.2 Postup
Poloviny trámečků vložíme bočními plochami (kolmo na směr hutnění) mezi
pomocné ocelové destičky, které přesně vymezují velikost tlačné plochy ne-
pravidelného zlomku. Podle EN 196-1 jsou rozměry destiček z tvrzené oceli
40×40 (mm) a tloušťka minimálně 10 mm. Vzájemná poloha horní a dolní
destičky musí být během zkoušky stálá, výslednice zatížení musí procházet
středem zkušebního tělesa. Zkušební stroj musí mít možnost nastavení na
vhodný pracovní rozsah, rychlost zatěžování by měla ležet v rozmezí
(2400±200) N/s. Pro splnění parametrů předepsaných normou ČSN EN 196-1
můžeme ke zkoušce použít speciální přípravek s kulovým uložením horní tla-
čené destičky. Schéma uspořádání zkoušky v tlaku podle ČSN EN 196-1 je
znázorněno na obrázku 4.7.


Obrázek 4.6 Přípravek pro zkoušku cemen-
tu v tlaku
Legenda k obrázku 4.7
1 Kuličkové ložisko
2 Pohyblivá část
3 Vratná pružina
4 Kulové uložení zkušebního
stroje
5 Horní tlačná deska stroje
6 Kulové uložení přípravku
7 Horní tlačná deska přípravku
8 Zkušební těleso
9 Dolní tlačná deska pří pravku
10 Spodní deska přípravku
11 Spodní deska zkušeb. stroje



4.7.3 Měřené veličiny a výpočet
F
c
je nejvyšší zatížení při porušení, v N;
A je plocha tlačných destiček v mm
2
.
Pevnost v tlaku R
c
v N/mm
2
vypočteme podle vzorce

Stavební látky - laboratorní cvičení 1
R
F
A
c
c
= (4.4)
4.7.4 Vyhodnocení
Výsledkem zkoušky je aritmetický průměr šesti hodnot pevnosti v tlaku, které
jsou stanoveny na zlomcích původně 3 ks zkušebních těles. Výsledek zkoušky
zaokrouhlený na 0,1 N/mm
2
porovnejte s požadavky normy (tabulka 4.1).

Kontrolní otázky
1. Z čeho je připravena směs pro stanovení dob tuhnutí?
2. Co je to počátek tuhnutí a kdy má u běžných cementů nastat?
3. Z jakých složek vyrábíme normové trámečky pro zkoušky pevnosti ce-
mentu?

Korespondenční úkol
CE/1 Zkouška pevnosti v ohybu probíhala v zatěžovacím lisu. Zkušební těle-
so mělo normové rozměry, vzdálenost podpor l = 100 mm a zatěžovací
síla působila uprostřed rozpětí. Vypočtěte pevnost v ohybu, jestliže zjiš-
těná síla v okamžiku zlomení F
f
= 2,3 kN. (klíč: 5,39 MPa)
CE/2 Určete příčné rozměry cementového trámečku b = h, jestliže při zkouš-
ce ohybem vyvodila síla F = 2,56 kN působící v polovině rozpětí l =
100 mm, max. napětí v tažené části průřezu R
c
= 6,0 MPa. (klíč: 40
mm)
CE/3 Na úlomcích trámečků po zlomení v Michaelisově přístroji byla prove-
dena zkouška pevnosti v tlaku s pomocí normového přípravku (tlačná
plocha 40×40 mm). Určete pevnost v tlaku cementu, když maximální
síly při rozdrcení úlomků F
c
po 28 dnech byly 69,0 kN a 67,5 kN. (klíč:
43,13 M