Chemiczna weryfikacja ilości cementu w mieszankach cementowo-gruntowych

Straty prażenia wynikają z termicznego rozkładu związków obecnych w próbce, w tym przypadku informują o ilości związanej w nich wody oraz dwutlenku węgla. W zakresie przygotowania kwaśnego wyciągu z gruntu badania przeprowadzono wg instrukcji ITB 277/86 [3] opracowanej na potrzeby analizy składu stwardniałych betonów cementowych. Części gruntu rozpuszczalne w kwasie informują o ilości obecnych w gruncie związków wapnia, magnezu, glinu i żelaza.

Związki wapnia obecne w cemencie portlandzkim i produktach jego wiązania są rozpuszczalne w kwasie solnym. Z tego względu naważki 10 gramów z wysuszonego do stałej wagi i uśrednionego gruntu z każdej badanej próbki poddano działaniu roztworu kwasu solnego o stężeniu 1:3, w temperaturze wrzenia. Części nierozpuszczalne odsączono, wysuszono, wyprażono i zważono. Z otrzymanego roztworu wydzielono glin i żelazo oraz zamaskowano jony magnezu, co następnie umożliwiło oznaczenie w nim wapnia. Ilość wapnia oznaczono metodą kompleksometryczną, wyniki przeliczono na tlenek wapnia. Oznaczenia wykonano dla trzech równoległych naważek z każdej badanej próbki.

Wyniki badań i analiza

Wyniki wykonanych oznaczeń i odpowiednich obliczeń zamieszczono w tab. 1.

Obserwacje makroskopowe oraz wyniki analiz chemicznych gruntu z dziewięciu próbek pobranych z odwiertów w utwardzanym gruncie wykazały (tab. 1), że jest on niejednorodny i różni się w poszczególnych miejscach pobrania składem chemicznym. Wskazuje to na różny jakościowy i ilościowy skład fazowy.

Z analizy zawartości wapnia w gruncie wynika (tab. 1), że jest ona różna w zależności od miejsca pobrania próbki. W próbkach nr 4, 5 i 8 stwierdzono ok. 2% (wag.) wapnia ze związków rozpuszczonych w kwasie (w przeliczeniu na CaO), w próbkach nr 1, 2 i 3 – ok. 2,5% mas. CaO, natomiast w próbce nr 7 – ok. 3,6%. Jedynie w gruncie próbek o nr 6 i 9, w których zaobserwowano szare, punktowe wtrącenia, ilość wapnia jest wyraźnie większa, odpowiednio 6,7% i 7,1% (wag.) w przeliczeniu na CaO.

Zgodnie z dokumentacją budowy do stabilizacji powinien zostać zastosowany cement portlandzki CEM II/B-M(S-V) 32,5 R. Według normy PN-EN 197-1:2002 [4] jest to cement portlandzki z dodatkami, popiołowo-żużlowy. Z dostępnych danych Wydziału Kontroli Jakości Cementowni „Górażdże” (tab. 2) wynika, że cement ten, analizowany w czasie od kwietnia 2009 roku do grudnia 2010 roku, zawierał średnio 54,13% (wag.) wapnia w przeliczeniu na tlenek wapnia CaO. Zawartość wapnia mieściła się pomiędzy 51,90% a 56,81% CaO, z tym że z 21 wykonanych analiz chemicznych składu cementu tylko dwa wyniki były w dolnej i dwa w górnej granicy.

Opierając się na średniej zawartości CaO, obliczono, że przy wprowadzeniu wymaganej ilości 7% (wag.) cementu do gruntu (zakładając, że grunt nie zawiera w swoim składzie związków wapnia) zawartość CaO powinna stanowić 3,79% (wag.), a przy najniższej ilości CaO w cemencie – 3,63% (wag).

Jak wynika z danych przedstawionych w tab. 1, tylko w próbce nr 7 zawartość tlenku wapnia zbliża się do tej wartości, a w próbkach nr 6 i 9 ją przekracza.

Jeżeli założy się, że cała oznaczona ilość CaO w gruncie w pobranych i analizowanych próbkach pochodzi tylko z cementu, to z przeliczeń wynikałoby, że do gruntu w próbkach nr 1, 2 i 3 zostało wprowadzone śr. ok. 4,5% (wag). cementu (4,3-4,9%), nr 4, 5 i 8 – śr. ok. 3,5% mas. cementu (3,2-3,7%). Tylko w gruncie dwóch pozostałych próbek – nr 6 i 9 – dodatek cementu mógł przekroczyć zakładane 7% (tab. 1).

Należy podkreślić, że opisana metoda nie umożliwia oddzielenia ilości CaO pochodzącego z naturalnych składników gruntu od ilości CaO pochodzącego z cementu. Obliczenia zostały wykonane przy założeniu, że grunt w swoim pierwotnym składzie nie zawierał minerałów wapniowych. Z praktyki wiadomo, że takie przypadki występują stosunkowo rzadko. Założenie, że cement jest jedynym źródłem CaO i oszacowanie na jego podstawie maksymalnej procentowej zawartości cementu w stosunku do masy gruntu jest okolicznością najkorzystniejszą dla wykonawcy, ma istotne znaczenie w przypadku formułowania wobec niego zarzutów dotyczących niezgodności wykonanych robót z zamówieniem.

W analizowanym przypadku korzystne z punku widzenia wykonawcy są założenia obliczeniowe przyjęte dla dopuszczonego przez nadzór cementu CEM II/B-M(S-V) 32,5R, podczas gdy dokumenty źródłowe zgromadzone w toku postępowania karnego mogą świadczyć, że do stabilizacji wykorzystywano także inny, niezatwierdzony cement CEM II/B-V 32,5R. Cement CEM II/B-V 32,5R zawiera więcej CaO w składzie, zatem w jego przypadku procentowy dodatek wynikający z obliczeń byłby proporcjonalnie mniejszy niż wyznaczony dla CEM II/B-M(S-V) 32,5R.

Galeria

Zobacz więcej