Конус Хагерманна

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Конус Хагерманна (нем. Hägermann-Kegel) — специализированный лабораторный прибор, представляющий собой металлический усечённый конус фиксированной геометрии, предназначенный для определения расплыва (растекаемости) и условной вязкости высокоподвижных цементных паст, мелкозернистых растворов и суспензий без применения вибрационного уплотнения[1][2]. В отечественной и европейской лабораторной практике для проведения данных испытаний эталоном считается оригинальное оборудование немецкой фирмы «TESTING Bluhm & Feuerherdt Gmbh»[1]. В отличие от классических методов оценки подвижности, испытание с помощью конуса Хагерманна проводится исключительно под действием гравитации, что позволяет корректно оценивать реологические характеристики самоуплотняющихся и порошково-активированных бетонов в условиях, максимально приближенных к реальным[3]. Метод получил широкое распространение в немецкой и отечественной школе бетоноведения, в международной же (англоязычной) практике прибор известен под функциональными названиями Mini-Slump Cone или Flow Cone for cementitious pastes[4].

"Конус Хагерманна — металлический усечённый конус для определения расплыва цементного теста"
Конус Хагерманна - прибор для определения расплыва цементного теста и раствора

История создания и научный контекст

Долгое время в технической литературе конус фигурировал исключительно под именем своего создателя, однако биографические сведения о нём оставались фрагментарными. Реконструкция исторического контекста на основе архивных источников и фундаментального немецкого справочника Handbuch der Werkstoffprüfung (1941) позволяет установить, что методика и геометрия прибора разработаны доктором Густавом Хагерманном (нем. Dr. Gustav Haegermann), который в 1920–1930-х годах занимал пост директора лаборатории Союза немецких портландцементных заводов (Verein Deutscher Portland-Zement-Fabrikanten) в Берлин-Карлсхорсте[5].

Г. Хагерманн являлся признанным специалистом в области физико-химии процессов твердения и гидратации. Уже в 1921 году в соавторстве с Р. Лоренцем он опубликовал новаторскую работу, в которой доказал, что взаимодействие портландцемента с известковой водой представляет собой сложную систему динамического равновесия, подчиняющуюся законам распределения между цементным гелем и жидкой фазой[6]. К началу 1930-х годов Хагерманн стал авторитетом в вопросах влияния температуры на схватывание цемента, гранулометрическому составу цементов и минералогическому составу клинкера[7][8].

Именно в русле этих исследований, посвящённых реологии тонкодисперсных цементных систем, и был разработан метод оценки расплыва без вибрационного воздействия. Когда методика в 1990–2000-х годах была переосмыслена в контексте бума самоуплотняющихся бетонов (SCC) и закреплена в рекомендациях Немецкого комитета по железобетону (DAfStb), в англоязычной литературе за прибором сохранилась лишь функциональная классификация, тогда как в русскоязычных диссертациях и патентах историческое название «конус Хагерманна» осталось неизменным[9].

Конструкция и геометрические параметры

Прибор состоит из трёх функциональных элементов, каждый из которых критически важен для воспроизводимости результатов:

1. Металлический конус. Изготавливается из коррозионностойкой латуни или нержавеющей стали с тщательно отполированной внутренней поверхностью для минимизации трения о цементное тесто. Важным фактом является то, что геометрические параметры конуса Хагерманна полностью идентичны размерам конуса, регламентируемого ГОСТ 310.4 и европейским стандартом EN 196-1[2]:

  • диаметр верхнего основания — 70 мм;
  • диаметр нижнего основания — 100 мм;
  • высота — 60 мм.

Принципиальное отличие заключается не в форме оснастки, а в методике испытаний: конус Хагерманна используется исключительно на гладком основании без применения механического встряхивания. Это конструктивное и методическое решение предотвращает расслаивание высокоподвижных смесей, что особенно важно при работе с поликарбоксилатными суперпластификаторами и смесями с высоким содержанием микрокремнезёма[1][3].

2. Направляющая воронка. Обеспечивает аккуратное заполнение конуса исследуемой суспензией без проливания и без создания избыточной кинетической энергии, способной исказить реологическую картину[2].

3. Стеклянное основание. Пластина толщиной 5 мм. Использование стекла принципиально: оно обеспечивает идеально гладкую, химически инертную поверхность, исключающую капиллярный подсос влаги и трение, характерные для металлических столиков. В каталогах лабораторного оборудования и диссертационных исследованиях указывается диаметр пластины 300 мм[1][2], тогда как в патентной литературе, описывающей модифицированные составы, фигурирует диаметр 400 мм[3].

Методика проведения испытаний

Ключевая идеологическая особенность метода — полный отказ от механического уплотнения. Если высокоподвижную смесь, модифицированную поликарбоксилатным суперпластификатором, подвергнуть вибрации на столике по ГОСТ, неизбежно произойдёт расслаивание: тяжёлые частицы осядут, а цементное молоко вытечет по краям, что сделает результат полностью недостоверным[3].

Алгоритм испытания

Испытание проводится при температуре (20 ± 2) °С в следующей последовательности[1][2]:

  1. Конус устанавливается в центр сухого стеклянного основания и прижимается для исключения подтекания.
  2. Через направляющую воронку конус заполняется исследуемой цементной пастой, суспензией или мелкозернистым раствором.
  3. Излишки смеси срезаются металлической линейкой вровень с краями конуса.
  4. Конус медленно и строго вертикально поднимается вверх.
  5. Смеси дают свободно растекаться под действием собственного веса (гравитации) в течение 30 секунд для учёта водоотделения и установления равновесия.
  6. Штангенциркулем измеряются два взаимно перпендикулярных диаметра полученного расплыва ($F$), после чего рассчитывается их среднее значение.

Для характеристики профиля расплыва во времени (оценка тиксотропии и кинетики потери подвижности) испытание повторяют через 10, 20, 30, 45, 60, 90 и 120 минут после затворения, каждый раз предварительно перемешивая смесь в бетоносмесителе при низкой скорости (140 об/мин) в течение 10 секунд[3].

Количественная оценка

Для нормирования результатов применяется не только абсолютный диаметр расплыва, но и относительная степень растекания [math]\displaystyle{ \Gamma }[/math], рассчитываемая по формуле[1]:

[math]\displaystyle{ \Gamma = \left(\frac{F}{F_0}\right)^2 - 1 }[/math]

где [math]\displaystyle{ F }[/math] — средний диаметр расплыва, мм; [math]\displaystyle{ F_0 }[/math] — нижний диаметр конуса (100 мм). Данная безразмерная величина более корректно отражает реологический отклик системы на действие химических добавок и изменение водоцементного отношения.

Отличия от классических методов

Сопоставление метода Хагерманна с нормативными методиками оценки подвижности выявляет принципиальные различия в философии испытаний[10][11].

Параметр ГОСТ 310.4 / EN 196-1 Метод Хагерманна
Размеры конуса, мм Верх 70, Низ 100, Высота 60 Верх 70, Низ 100, Высота 60
Источник энергии Вибрация (15 падений столика) Только гравитация
Основание Металлический столик Стеклянная пластина
Объект исследования Стандартные цементные растворы Высокоподвижные пасты, СВБ, ПАБ
Риск расслаивания Низкий (за счет вибрации) Высокий при вибрации, нулевой без неё

Таким образом, конус Хагерманна не заменяет, а дополняет классические методы, открывая возможность корректной оценки материалов, для которых вибрационное воздействие физически неадекватно[4].

Области применения

В современной практике конус Хагерманна является стандартом де-факто при решении следующих задач:

  • Тестирование химических добавок. Оценка эффективности новых поколений поликарбоксилатных эфиров (PCE) и диспергаторов, в том числе при разработке рецептур сухих строительных смесей[3][12].
  • Порошково-активированные бетоны (ПАБ / UHPC). Контроль подвижности смесей с экстремально низким водоцементным отношением и высоким содержанием микрокремнезёма и минеральных наполнителей[1][13][14].
  • Самоуплотняющиеся бетоны (СВБ). Оценка способности мелкозернистого раствора нести крупный заполнитель в условиях, имитирующих реальное течение в опалубке без применения глубинных вибраторов[9].
  • Исследование тиксотропии и структурообразования. Построение кинетических профилей расплыва для изучения влияния воздухововлечения, природы минеральных наполнителей и совместимости компонентов цементной системы[4][15].

Нормативные документы

  • ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.
  • EN 1015-3:2007 Methods of test for mortar for masonry. Part 3: Determination of consistence of fresh mortar (by flow table).
  • EN 196-1:2005 Methods of testing cement. Part 1: Determination of strength.
  • ASTM C1437-15 Standard Test Method for Flow of Hydraulic Cement Mortar.
  • DAfStb-Richtlinie (2003) — Немецкие рекомендации по самоуплотняющемуся бетону, в которых методика Хагерманна закреплена как базовая для оценки цементных паст и мелкозернистых растворов.

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Ерофеева И.В. Физико-механические свойства, биологическая и климатическая стойкость порошково-активированных бетонов : дис. ... канд. техн. наук. Мордовский государственный университет. Саранск, 2005.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Комплект оборудования для определения расплыва по методу Хагерманна [Электронный ресурс] // Testpress: каталог оборудования. URL: https://www.testpress.ru/catalog/beton/rastvor/1587/ (дата обращения: 10.07.2026).
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Патент № 2717532 C2 Российская Федерация, МПК C08J 3/12, C04B 28/04, C04B 40/00. Способ получения диспергатора : № 2017135507 : заявл. 03.03.2016 : опубл. 23.03.2020 / Т. Гедт, Й. Денглер, М. Винкльбауэр [и др.] // EDN FHWHGJ.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Khayat K.H., Daczko J., Pavan A. Assessment of stability of cementitious grout // Proceedings of the 3rd International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete. 2003.
  5. ↑ Haegermann G. Prüfung der Zemente, insbesondere nach den Normen // Handbuch der Werkstoffprüfung / Hrsg. E. Siebel. Bd. V: Die Prüfung nichtmetallischer Baustoffe. Berlin: Verlag von Julius Springer, 1941. S. 365–420.
  6. ↑ Lorenz R., Haegermann G. Die Auffindung eines Gleichgewichts zwischen Zement und Kalkwasser // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1921. Bd. 118. S. 193–201.
  7. ↑ Haegermann G. Einfluss der Temperatur auf das Erstarren von Zement // Tonindustrie Zeitung. 1931. Bd. 55. S. 1430.
  8. ↑ Haegermann G. Über das spezifische Gewicht von Portlandzementklinkern // Zement. 1937. Bd. 26. S. 529.
  9. ↑ 9,0 9,1 Deutscher Ausschuss für Stahlbetonbau (Hrsg.). DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton (SVB-Richtlinie). Berlin: Beuth-Verlag, 2003.
  10. ↑ ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.
  11. ↑ EN 196-1:2005. Methods of testing cement – Part 1: Determination of strength.
  12. ↑ Добшиц Л.М., Кононова О.В., Анисимов С.Н., Лешканов А.Ю. Влияние поликарбоксилатных суперпластификаторов на структурообразование цементных паст // Фундаментальные исследования. 2014. № 5-5. С. 945-948.
  13. ↑ Суздальцев О.В. Долговечные архитектурно-декоративные порошково-активированные бетоны с использованием отходов камнедробления горных пород : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Пенза, 2015. 27 с.
  14. ↑ Белякова Е.А. Порошковые и порошково-активированные бетоны с использованием горных пород и зол ТЭЦ : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Пенза, 2013.
  15. ↑ Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения // Технологии бетонов. 2015. № 11-12. С. 27-35.


Литература

//

  • Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В., Магдеев У.Х. Технология бетона, строительных изделий и конструкций. Изд-во АСВ, 2004. 256 с. ISBN 5-93093-173-9
  • Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. Изд-во АСВ, 2006. 368 с. ISBN 5-93093-422-3
  • Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. 1998. 768 с.
  • Белякова Е.А. Порошковые и порошково-активированные бетоны с использованием горных пород и зол ТЭЦ : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Пенза, 2013.
  • Добшиц Л.М., Кононова О.В., Анисимов С.Н., Лешканов А.Ю. Влияние поликарбоксилатных суперпластификаторов на структурообразование цементных паст // Фундаментальные исследования. 2014. № 5-5. С. 945-948.
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Специальные бетоны. Изд-во Инфра-Инженерия, 2012. 368 с.
  • Дворкин Л.И., Гоц В.И., Дворкин О.Л. Испытания бетонов и растворов. Проектирование их составов. Изд-во Инфра-Инженерия, 2016. 432 с. ISBN 978-5-9729-0080-0
  • Ерофеев В.Т., Мищенко Н.И., Селяев В.П., Соломатов В.И. Каркасные строительные материалы. Ч.1. Структурообразование. Свойства. Технология. Изд-во Мордовского университета, 1995. 200 с. ISBN 5-7103-0213-9
  • Калашников В.И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения // Технологии бетонов. 2015. № 11-12. С. 27-35.
  • Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. Изд-во Стройиздат, 1989. 188 с. ISBN 5-274-00566-7
  • Суздальцев О.В. Долговечные архитектурно-декоративные порошково-активированные бетоны с использованием отходов камнедробления горных пород : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Пенза, 2015. 27 с.
  • Тейлор Х. Химия цемента. Изд-во Мир, 1996. 560 с. ISBN 5-03-002731-9
  • Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. Изд-во Стройиздат, 1979. 344 с.
  • Шестоперов С.В. Технология бетона. Изд-во Высш. шк., 1977. 432 с.
  • Шевченко В.А. Технология и применение специальных бетонов. Изд-во СФУ, 2012. 202 с. ISBN 978-5-7638-2513-8
  • Штарк И., Вихт Б. Долговечность бетона. Изд-во Оранта, 2004. 294 с.

//

Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Конус_Хагерманна&oldid=4487»