水泥细度检验――筛析法

水泥,目录,一、基本要求二、简介三、硅酸盐水泥四、掺混合材料的硅酸盐水泥,一、基本要求,内容主要介绍水泥的分类、优点及生产。主要介绍硅酸盐水泥及掺加混合料的硅酸盐水泥，包括：定义、组成、水化、凝结与硬化、实验和技术性质、腐蚀与防护、特性和应用。重点6种硅酸盐水泥的定义硅酸盐水泥的矿物组成水泥水化、凝结与硬化机理技术性质及测试方法,水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。,Back,二、简介,水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。通用水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合水泥,专用水泥砌筑水泥油井水泥,特性水泥快硬水泥膨胀水泥抗硫酸盐水泥中热水泥,水泥按化学成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫酸盐水泥。,硅酸盐水泥,一般工程,铝酸盐水泥,硫酸盐水泥,快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。,早强、膨胀。适用于抢修工程、锚固和地下工程等。,Back,尽管水泥的品种很多，但是，工程中90%以上使用的是硅酸盐水泥。所以，在学习这一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为基础，主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识。在此基础上，再学习其它掺混合材料的硅酸盐水泥等内容。,Back,硅酸盐水泥的生产简述及其矿物组成硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的腐蚀与防护硅酸盐水泥的特性与应用,三、硅酸盐水泥,Back,何为硅酸盐水泥？,凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰或熟化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥代号P、PP表示不掺混合材料的硅酸盐水泥P表示混合材料掺量不超过5%的硅酸盐水泥,Back,硅酸盐水泥的矿物组成及特性,硅酸盐水泥的主要矿物组成包括：硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙矿物组成的技术特性见表3.2.1,凝结时间,标准稠度及标准稠度用水量凝结时间测定初凝时间终凝时间,标准稠度试锥下沉深度为282mm时的稠度标准稠度用水量P(%)按一定的方法将水泥调制成具有标准稠度的净浆所需的水量。P%=水量ml/水泥1g。标准稠度用水量测试方法有不变(固定)水量法和调整水量法2种。初学者多用前者，有争议时以后者为准。,标准稠度及标准稠度用水量,不变(固定)水量法,固定水量法采用以下方法配制标准稠度净浆称取500g水泥加入500P%ml水采用标准稠度测定仪（图3.2.5）测量P%,不变(固定)水量法,标准稠度测定仪,通过水泥净浆凝结时间测定仪测定标准稠度水泥净浆的凝结时间。,测定方法,凝结时间测定仪,概念从水泥加水拌和起至标准稠度的水泥净浆开始失去可塑性所需的时间标准要求45min国产水泥一般为1-3h实验测试时以试针距底板41mm为准。工程意义水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。,初始凝结时间,终凝时间,概念从水泥加水拌和起至水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。标准要求390min国产水泥一般为5-6h实验测试时以试针下沉0.5mm为准。工程意义终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。,Back,定义指水泥硬化过程中体积变化小且均匀的性能。体积安定性不良水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂纹后弯曲）。使建筑质量下降，甚至引起严重的建筑事故。体积安定性不良的原因过量游离的CaO过量游离的MgO过量石膏,硅酸盐水泥的体积安定性,Back,水泥中的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的它们的水速度慢，在水泥硬化后才开始水化，使已经硬化的水泥石膨胀开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还能继续与水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，体积增大1.5倍，引起水泥石开裂。此时，水化硫铝酸钙被称为水泥杆菌。,体积安定性不良的原因,煮沸法-加速实验法测量体积安定性的两种方法：饼法观察水泥净试饼在沸煮后的外形变化雷氏夹法测量水泥石饼沸煮后的膨胀值,体积稳定性的测定,图3.2.8煮沸法测定仪,图3.2.7体积安定性不良,体积安定性的测定,图3.2.9雷氏夹法体积安定性测定仪,限制,上述测试方法仅能测出游离CaO是否过量。游离MgO和石膏不能通过加速实验的方法检测所以它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。标准规定：MgO5%、石膏SO33.5%。,体积安定性的测定,Back,标准条件下养护,C:S:W=1:3:0.5的比例混合，制成标准尺寸的试件（4040160mm），在标准条件下养护，测试抗压强度和抗折强度。,强度试验,Back,强度测定仪,抗折仪,万能压力机,强度等级,根据3天和28天抗压强度3天和28天抗折强度硅酸盐水泥可分为6个等级：42.5，42.5R,52.5，52.5R,62.5,62.5R各龄期的强度不低于GB175-99表中的规定。按早期强度不同分为两种类型，早强型(用R表示)和普通型。,表1硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-99）,技术性质分析,水泥在出厂和使用前必须检验的技术指标有四项：细度、凝结时间、强度和体积安定性。这四项指标中，除强度外，其它任何一项指标不合格，则水泥不能使用；反之，若仅强度一项指标不合格，而其它三项指标合格，则水泥可降等级使用。,Ifonlythestrengthisunqualified,Cementofthelowergrade,Back,其他性质,密度:3.0-3.15g/cm3,通常3.1g/cm3堆积密度:1000-1600kg/m3碱含量以Na2O+0.658K2O计算值表示，以防止碱-骨料反应的发生。低碱水泥含碱量0.6%，或由供需双方商定。水化热大部分的水化热在水化反应的初期释放出来，它的数量决定于水泥的化学成分和细度、矿物掺合料以及酸的侵蚀。C3S，C3A越高，颗粒越细，水化热越大，对冬季施工有利，但对大体积混凝土工程有害。,Back,硅酸盐水泥的特点和应用,强度高适用于高强混凝土和预应力钢筋混凝土工程硬化快适用于要求凝结快、早强高的工程，冬季施工，预制、现浇等工程抗冻性好适用于冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程耐蚀性差不适用与淡水及海水等腐蚀性介质接触的工程,Back,耐热性差不适用于有耐热要求的混凝土工程水化热大不适用于大体积混凝土工程，但有利于低温季节畜热法施工耐磨性好适用于公路、地面工程抗碳化性好对钢筋的保护作用强，适合CO2浓度高的环境,硅酸盐水泥的特点和应用,1、混合材料2、普通硅酸盐水泥(P.O)3、矿渣硅酸盐水泥(P.S)4、火山灰质硅酸盐水泥(P.P)5、粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)6、复合硅酸盐水泥(P.C),Back,四、掺混合材料的硅酸盐水泥,1、混合材料,定义分类活性混合材料概述二次水化活性原理非活性混合材料,Back,混合材料,定义,生产水泥时加入的人工或天然矿物材料,改善水泥性能,调节水泥强度等级,降低成本,在生产水泥时，为了改善水泥性能，调节水泥强度等级，降低成本，而加入的人工或天然的矿物材料。,Back,分类,按性能分为两类:活性混合材料(水硬性混合材料)非活性混合材料（填充性混合材料）,Back,掺活性混合材料的作用,提高产量降低成本改善水泥的性能调整强度等级降低水化热减少碱骨料反应的发生扩大应用范围充分利用工业废渣保护环境,常用活性混合材料,粒化高炉矿渣,火山灰质混合材料,粉煤灰,粉煤灰是一种发电厂燃料废渣粒化高炉矿渣是熔融的矿渣水淬而得到。活性成分为活性氧化硅和活性氧化铝。火山灰质混合材料是火山喷发沉积物及其它具有类似活性的材料的统称。分为含水硅酸质（如硅藻土等）、铝硅玻璃质（如火山灰等）、粘土质（烧粘土等）。,Back,非活性混合材料,Back,特点磨成细粉与石灰加水拌和后，不能或很少生成具有胶凝性质的水化产物常用品种石英粘土慢冷矿渣,2、普通硅酸盐水泥,什么是普通硅酸盐水泥技术性质强度要求应用,Back,什么是普通硅酸盐水泥？,普通硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料掺加少量混合材料和适量的石膏混合材料的最大掺量不超过15%,熟料,混合材料,石膏,磨细,水硬性胶凝材料,P.O,Back,技术性质,特点与硅酸盐水泥相近因为混合材料的掺量少，其矿物组成仍在硅酸盐水泥的范围之内不同点细度采用筛余量表示测量通过0.08mm的方孔筛的筛余量10%强度等级强度应符合表3.3.1的要求共有六个强度等级:32.5,32.5R,42.5R,42.5,52.5,52.5R最终凝结时间不超过10h,表2普通硅酸盐水泥强度要求,普通硅酸盐水泥的应用,是通用的水泥主要品种，广泛应用于各种混凝土和钢筋混凝土工程。应用范围与硅酸盐水泥相同。,Back,凡有硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣水泥。粒化矿渣掺量为2070%。,3、矿渣硅酸盐水泥,Back,技术性质:分为6个强度等级:32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R（表3.3.2）其它技术性质与普通水泥相同,表3.3.2P.S、P.P、P.F的强度要求,性能与硅酸盐水泥和普通水泥有以下区别原因：水泥中混合材料掺量多，熟料成分少，故其性能与硅酸盐水泥有一定的差别。早期强度低，后期强度高矿渣水泥的水化分两步:水泥熟料的水化;二次水化二次水化早期速度慢，生成的水化产物少，因而强度低后期二次水化速度增长，生成产物数量增加，强度也随之提高。矿渣水泥适用于中期养护的预制构件以及承重迟缓的工程,不适用于早强要求高的工程。,与硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥相比,P.S的特点与应用,抗蚀性强，抗碳化能力差。因为氢氧化钙含量低适用于水工或海港混凝土工程不适用于CO2浓度高的工业厂房（如铸造翻砂车间）水化热低。适用大体积混凝土工程温度敏感性大适合高温养护,抗冻性差：早期强度低，且火山灰需水量大。耐热性好适用于有耐热要求的混凝土工程。干缩大，抗渗性差。由于混合材料掺量大，而且高炉矿渣有尖锐棱角，拌和用水量大，保水性差，易产生泌水通道。说明：为P.S特性，其它为PS、PP、PF水泥共性,P.S的特点与应用,Back,凡有硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏其同磨细制成的水硬性胶凝材料。其中混合材料的掺量为2050%。,4、火山灰质硅酸盐水泥,Back,特点与应用,早期强度低，后期强度高耐腐蚀性强，抗碳化性差抗冻性差水化热低温度敏感性大,与P.S的相同点,Back,特点与应用,在潮湿环境或水中养护时抗渗性好。因为细而多孔的火山灰材料适用于有抗渗要求工程发生膨胀胶化作用，生成较多的水化硅酸钙，使水泥石的结构密实在干燥环境中使用易裂纹、起粉。因为上述水化反应在干燥的环境中不能进行，强度不发展；且以生成的水化硅酸钙凝胶也会使水收缩，产生裂纹，所以不适用于干热地区的地上建筑。有硫酸盐腐蚀的混凝土工程不能使用含烧粘土的火山灰水泥。,凡有硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰水泥。粉煤灰掺量为2040%。,5、粉煤灰硅酸盐水泥,Back,特点与应用,早期强度低，后期强度高耐腐蚀性强，抗碳化性差抗冻性差水化热低温度敏感性大,与P.S的相同点,与P.S的不同点,Back,特点与应用,早强低，因为粉煤灰球形玻璃体表面密实，13个月后表面活性物质才发生二次水化作用，适应于承重迟缓的工程。干缩小，抗裂性好：表面结构密实，吸水量少。泌水性大（快）易产生失水裂纹，抗渗性差。,6、复合硅酸盐水泥P.C,在硅酸盐水泥熟料中掺入2种或2种以上的混合材料制备而成的硅酸盐水泥。性质32.552.5R6个强度等级。其它性质与P.O相同。强度要求见表3.3.3（GB12958-1999）,Back,复合水泥的强度要求,Back,项目五水泥的检测,任务一水泥的细度测定任务二水泥的标准稠度用水量测定任务三水泥的凝结时间的测定任务四水泥的胶砂强度的测定,任务一水泥细度检测,试验目的掌握水泥细度对水泥性能的影响；了解测定水泥细度的目的和意义；熟悉水泥细度测定的方法。,水泥一般是由几m到几十m的大小不同的颗粒组成，它的粗细程度（颗粒大小）称为水泥细度，也即水泥的分散度，是水泥厂用来作日常检查和控制水泥质量的重要参数。水泥细度与水泥性能的关系,想一想?,2.细度,定义:细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法:筛分析法以80m方孔筛的筛余量表示；比表面积法以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。国标要求:硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。,细度不符合要求的水泥为不合格品！,问题：为什么需要规定水泥的细度？,水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。,水泥细度的检验方法(1)筛析法：用筛余百分数表示细度高低负压筛法水筛法干筛法筛孔的大小习惯上用“目”表示，其含义是每英(25.4mm)长度上筛孔的数目，也有用lcm长度上的孔数或1cm2筛面上的孔数表示的，还有的直接用筛孔的尺寸来表示。水泥细度检验，负压筛法、水筛法和手工筛法三种都可以。优先采用负压筛析仪，其次是水筛，再次是干筛法。当负压筛法与水筛法或手工干筛法测定的结果发生争议时，以负压筛法为准；水筛法与干筛法的结果发生争议时，以水筛法为准。(2)比表面积specificsurfacearea法(3)测定颗粒平均直径与颗粒组成particlesizecomposition方法,一、负压筛法negativepressuresieve,1)天平：最大称量为100g，分度值不大于0.05g。2)负压筛析仪：由筛座、负压筛、负压源及收尘器组成。其中筛座由转速为30r/min2rmin的喷气嘴、负压表、控制板、微电机及壳体等构成(见图1-1)。筛析仪负压可调范围为40006000Pa。喷气嘴上口平面与筛网之间距离为28mm；负压源和收尘器由功率600W的工业收尘器和小型旋风收尘筒组成或用其他具有相当功能的设备组成。3)筛子：采用方孔边长0.08mm的铜丝网筛布，筛框上口直径为150mm，下口直径为142mm，高25mm。,（一）仪器设备,（二）操作步骤,称取试样25g，置于洁净的负压筛中，盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪连续筛析2min。在此期间如有试样附在筛盖上，可轻轻敲击，使试样落下。筛毕，用天平称量筛余物，计算筛余百分数。,（三）注意事项,1)筛析试验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000-6000Pa范围内。2)负压筛析工作时，应保持水平，避免外界振动和冲击。3)试验前要检查被测样品，不得受潮、结块或混有其他杂质。4)每做完一次筛析试验，应用毛刷清理一次筛网，其方法是用毛刷在试验筛的正、反两面刷几下，清理筛余物，但每个试验后在试验筛的正反面刷的次数应相同，否则会大大影响筛析结果。5)如果连续使用时间过长时(一般超过30个样品时)，应检查负压值是否正常，如不正常，可将吸尘器卸下，打开吸尘器将筒内灰尘和过滤布袋上附着的灰尘等清理干净，使负压恢复正常。,二、水筛法,1)天平：最大称量为100g，分度值不大于0.05g2)筛子：采用方孔边长0.08mm的铜丝网筛布，筛框有效直径125mm，高80mm。3)筛座：用于支承筛子，并能带动筛子转动，转速为50r/min。4)喷头：直径55mm，面上均匀分布90个孔，孔径0.5-0.7mm。安装高度：喷头底面和筛网之间距离为35-75mm。,（一）仪器设备,（二）操作步骤,称取试样50g，置于洁净的水筛中，立即用淡水冲洗至大部分细粉通过后(冲洗时要将筛子倾斜摆动，既要避免放水过大，将水泥溅出筛外，又要防止水泥铺满筛网，使水通不过筛子)放在水筛架上，用水压为0.05MPa0.02MPa的喷头连续冲洗3min。筛毕，用少量水把筛余物冲到蒸发皿(或烘样盘)中，等水泥颗粒全部沉淀后，小心倒出清水，烘干，并用天平称量筛余物，然后计算出筛余百分数。,（三）注意事项,水泥样品应充分拌匀，通过0.9mm方孔筛,记录筛余物情况，要防止过筛时混进其他水泥冲洗压力必须保证0.05MPa0.02MPa，否则会使结果不准。冲洗时试样在筛子内分布要均匀。水筛筛子应保持洁净，定期检查校正。要防止喷头孔眼堵塞。,三、手工干筛法,(1)天平：最大称量为100g，分度值不大于0.05g。(2)筛子：采用方孔边长0.08mm的铜丝网筛布。筛框有效直径150mm，高50mm。筛布应紧绷在筛框上，接缝必须严密，并附有筛盖。,（一）仪器设备,筛子sieve,称取试样50g，倒入筛内。用一只手执筛往复摇动，另一只手轻轻拍打，拍打速度每分钟约120次，每40次向同一方向转动60o。，使试样均匀分布在筛网上，直至每分钟通过试样量不超过0.05g为止。称量筛余物，计算出筛余百分数。,（二）操作步骤,（三）注意事项,(1)水泥样品应充分均匀，通过0.9mm方孔筛，记录筛余物情况，要防止过筛时混进其他水泥。(2)干筛时，要注意使水泥样品均匀地分布在筛布上。(3)筛子必须经常保持干燥、洁净，定期检查、校正。,四、筛析试验结果的计算,水泥试样筛余百分数按下式计算：F(Rs/W)100式中F水泥试样筛余百分数()；Rs水泥试样筛余重量(g)；W水泥试样质量(g)。结果计算至0.1。为了使试验结果具有可比性，可采用试验筛修正系数方法修正计算结果。修正系数的测定须按标准规定的方法进行。,任务二水泥标准稠度用水量的检测,试验目的：测定水泥标准稠度用水量，用于水泥凝结时间和安定性试验。,1、水泥净浆搅拌机2、标准法维卡仪3、玻璃板4、天平5、量筒,试验设备,试验条件,试验室温度为202,相对湿度应不低于50%;水泥试样、拌和水、仪器和用具的温度应与试验室一致。湿气养护臬的温度为201,相对湿度应不低于90%。,试验步骤1、试验前检查各试验设备工作正常性。2、拌制水泥净浆，将拌和水倒入搅拌锅内，然后在510秒钟内小心将称好的500g水泥加入水中，注意防止水和水泥溅出。3、拌和时，先将锅放到搅拌机锅座上，升至搅拌位置。开动机器，慢速搅拌120秒钟，停拌15秒钟，接着快速搅拌120秒钟后停机。4、拌和结束后装模测试，立即将拌和好的净浆装入试模中，用小刀插捣并轻轻振动数次，刮去多余净浆。5、抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触，拧紧螺钉12秒钟后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入净浆中。,6、在试杆停止沉入或释放试杆30秒钟时记录试杆距底版之间的距离，升起试杆，立即擦净；整个操作应在搅拌后1.5分钟内完成。7、以试杆沉入净浆并距底版（61）mm的水泥净浆为标准稠度净浆。8、结果整理用下式计算：式中：P标准稠度用水量（%）mw拌和用水量，mLw水的密度，g/mL,标准稠度用水量的测定(标准法，试杆法),搅拌锅、搅拌叶片先用湿布擦过,先加入水,5-10s内加入水泥,500g,搅拌，慢120s，停15s（将叶片和锅壁上的水泥刮入锅中），高速搅拌120s,7.2水泥净浆的拌制,将净浆装入已置于玻璃板上的试模中,用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆,将试模和底板移至维卡仪试杆下，试杆降至和净浆表面接触，拧紧螺丝1-2s，突然放松，以试杆沉入净浆并距底板6mm1mm的净浆为标准稠度净浆。其拌和水量为水泥标准稠度用水量（），按水泥的质量百分比计。,7.3标准稠度用水量测定,任务三水泥凝结时间的测定,试验目的：测定水泥初凝时间和终凝时间。,1、水泥净浆搅拌机2、标准法维卡仪3、玻璃板4、天平5、量筒6、湿气养护箱,试验设备,试件的制备：将净浆一次性装满试模，振动数次刮平，放入湿气养护箱。记录水泥全部加入水中的时间为凝结时间的起始时间。初凝时间的测定：30min后进行第一次测定，当初凝针沉至距底板4mm1mm时，为初凝状态；由起始时间到初凝状态的时间为初凝时间，用“min”表示。,终凝时间的测定：在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护。当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用“min”表示。,测定时，在最初测定时，应轻扶扭亏为持金属柱，使其徐徐下降，以防试针撞弯。当临近初凝时，每隔5分钟测定一次；临近终凝时，每隔15分钟测定一次。到达初凝或终凝时，应立即重测一次。当两次结论相同时，才能认定已达初凝或终凝。每次测定不能让试针落入原针孔。,任务四水泥胶砂强度的测定,试验目的：测定水泥的抗折强度与抗压强度。,1、胶砂搅拌机2、胶砂振动台3、抗折试验机4、抗压试验机,试验设备,1、胶砂制备1）配合比：一份水泥、三份标准砂、半份水。2）配料：制作胶砂的材料是水泥、标准