项目三-水泥性能检测

1、项目三 水泥性能检测,掌握：常用水泥的技术性质和应用,熟悉：水泥的凝结硬化过程、运输、保管,了解：其他品种水泥的性质和应用,本章教学目标,1.水泥分类及性质 2.水泥细度试验 3.水泥稠度用水量凝结时间和安定性的测定 4.水泥强度,水泥的特点和适用范围,水泥的特点 水泥是一种粉末矿物胶凝材料，加水后拌合均匀形成的浆体，经过一系列物理化学变化，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材。 水泥适用范围 不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。,水泥分类及性质,按性能和用途分类,水 泥,通用水泥,专用水泥,特

2、性水泥,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等,如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等,按主要水硬性物质分,1.硅酸盐水泥的定义,硅酸盐水泥熟料 05%石灰石或粒化高炉矿渣 适量石膏,磨细,硅酸盐水泥,2、硅酸盐水泥的原材料,生产硅酸盐水泥熟料的原材料 石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩等。 粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。 铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。 石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。

3、混合材料：包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。,3、硅酸盐水泥的生产工艺,石灰石,粘 土,铁矿粉,生 料,石 膏,硅酸盐水泥,混合材料,熟 料,按比例混合,13501450,生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种 ； 硅酸盐水泥分为：型硅酸盐水泥（不掺混合材料）和型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）。,煅烧,磨细,磨细,硅酸三钙(C3S) 硅酸二钙(C2S) 铝酸三钙(C3A) 铁铝酸四钙(C4AF),主要矿物组成,水泥熟料矿物的主要特性,熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。,硬化后的水泥石

4、是由胶体粒子、晶体粒子、凝胶孔、毛细孔及未水化的水泥颗粒所组成。其结构如图所示。,4. 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,A未水化水泥颗粒 B胶体粒子 C晶体粒子 D毛细孔（毛细孔水） E凝胶孔,熟料矿物的水化反应,硅酸三钙（C3S） 2（3CaOSiO2）6H2O = 3CaO2SiO23H2O3Ca（OH）2 硅酸二钙（C2S） 2（2CaOSiO2）4H2O = 3CaO2SiO23H2OCa（OH）2 铝酸三钙（C3A） 3CaOAl2O3H2O = 3CaOAl2O36H2O 3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）19H2O = 3CaOAl2O33CaSO431H2O 铁铝酸

5、四钙（C4AF） 4CaOAl2O3Fe2O37H2O = 3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O,细 度,凝 结 时 间,标准 稠度 用 水量,强度 与 强度 等级,问？（1）水泥的检测项目都有哪些。 （2）为什么要做这些检测（带着问题去学习后面的每个试验）,任务一 硅酸盐水泥的细度,定义,细度指水泥颗粒的粗细程度。,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%。,问？水泥的颗粒粗细影不影响其水化反应。还影响什么？ 答：水泥颗粒的粗细，直接影响其水化反应速度、活性和强度。,水泥细度检验筛析法,实验目的 掌握水泥细度对水泥性

6、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?,讨论与分析,缺点:,水泥越细,优点：,与水发生水化反应的 速度越快，水泥石的早期强度越高。,总表面积越大，,硬化收缩越大；易受潮而降低活性； 成本越高。,细度不符合要求的水泥为不合格品！,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

7、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) 比表面积法 (3) 测定颗粒平均直径与颗粒组成方法,负压筛法,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

8、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,1.筛析试验前：调节负压至 40006000Pa范围内。 2.称取试样25g，置于负压筛，筛析2min。 3.筛毕，称量筛余物ms。,（一）试验方法,4.结果计算 水泥试样筛余百分数：,筛余结果的修正:,C修正系数，0.801.20,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

9、计算结果。修正系数的测定须按标准规定的方法进行。,（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

10、附着的灰尘等清理干净，使负压恢复正常。,扩展,思考：水泥密度怎么测？,水泥密度表示水泥单位体积的质量，单位是 kg/m3或g/cm3。密度测定方法常采用排液法。其原理是：将水泥倒人装有一定量液体介质的李氏瓶内，并使液体介质充分地浸透水泥颗粒。根据排液法，水泥的体积等于它所排开的液体体积，从而算出水泥单位体积的质量即为密度，为使测定的水泥不产生水化反应，液体介质采用无水煤油。,测定步骤,1)将水泥试样在110土5烘箱中烘干1h，取出置于干燥器中冷却至室温。 2)将无水煤油注入李氏瓶中至01ml刻度线后(以弯月面下部为准)，盖上瓶塞放人恒温水槽内，使刻度部分浸入水中(水温应控制在李氏瓶刻度时的温度

11、)，恒温30min，记下初始(第一次)读数V1。 3)从恒温水槽中取出李氏瓶，用滤纸将李氏瓶细长颈内没有煤油的部分仔细擦干净。 4)称取水泥60g，准确至0.01g。用小匙装入比重瓶中。反复摇动(亦可用超声波震动)，至没有气泡排出为止，再次将李氏瓶置于恒温水槽中，恒温30min，记下第二次读数V2。,5)计算公式,m/(V2-V1) 水泥密度（g/cm3) m装入比重瓶水泥重量(g)； V1装入水泥试样前比重瓶内液面第一次读数(ml)； V2装入水泥试样后比重瓶内液面第二次读数(ml). 6)结果计算到小数第三位，且取整数到0.01gcm3，试验结果取两次测定结果的算术平均值，两次测定结果之差

12、不得超过0.02gcm3。,问题：为什么需要规定水泥的细度？（作业）,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。,1.水泥密度、堆积密度和各成分含量,通用硅酸盐水泥的技术性质,2.烧失量： 水泥在一定的烧灼温度和时间内，烧失的量占原质量额百分数。 3.标准稠度及其用水量 稠度是水泥浆达到一定流动度时的需水量。国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“

13、标准稠度”的水泥净浆。“标准稠度”是人为规定的稠度，其用水量采用水泥标准稠度测定仪测定。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在之间。 影响因素矿物成分、细度、混合材及掺量。,4.凝结时间 凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的时间。 5.安定性 水泥的体积安定性指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。 6.强度 强度是水泥力学性质的一项重要指标，是确定水泥强度等级的依据。,任务二 硅酸盐水泥的标准稠度用水量,水泥净浆需水性是指水泥加水后，用一定仪器经过一定时间的搅拌，使水泥净浆达到特定的可塑性状态时的需水量，用拌和

14、水质量和水泥质量之比的百分数表示。 影响水泥净浆用水量的主要因素熟料成分、水泥细度、水泥中混合材料种类及掺加量， C3A需水量较大 C2S需水量较小 CaO及碱含量高需水量较大 水泥越细需水量较大,水泥标准稠度净浆:,1.目的：试验结果具有可比性， 用于测定凝结时间和安定性。 2.测定： 试验仪器：维卡仪 试验方法：标准法/代用法,3.标准稠度净浆标准: 试杆距底板距离为 6mm1mm。 4.标准稠度用水量: 达到标准稠度净浆时的用水量。,水泥石的腐蚀及防止,A凝胶体（CSH凝胶）； B晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）； C孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等） D未水化的水泥颗粒,水泥石的

15、结构 水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。 水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。,水泥石的腐蚀及防止,水泥石在外界侵蚀性介质（含酸、含盐、含碱等）的作用下结构受到破坏，强度降低的现象称为水泥石的腐蚀。 表现形式： 体积膨胀膨胀型腐蚀 体积收缩溶出型腐蚀 水泥石腐蚀的原因： 内因水泥石存在不稳定的Ca(OH)2和 不稳定的水化铝酸钙； 外因环境中有害介质（软水、酸、盐等）的存在； 联系水泥石中的孔缝系统，产生有害介质的侵蚀、交换作用。,1、水泥石腐蚀的方式 （1）软水侵蚀（溶

16、出性侵蚀） （2）酸的腐蚀（溶解性化学腐蚀） 一般酸的腐蚀 碳酸水的腐蚀 （3）硫酸盐腐蚀（膨胀性化学腐蚀） （4）强碱腐蚀,（）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物质的浓度，防止或延缓水泥的腐蚀。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。 （）提高混凝土的密实度，采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。 （）在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保

17、护水泥石不被腐蚀。,2、防止水泥石腐蚀的措施,定义,水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。,水泥全部加入水中,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝,终凝,任务三 硅酸盐水泥的凝结时间,硅酸盐水泥凝结硬化： 凝结水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程； 硬化水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。 水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。p55,问？什么矿物质对水泥凝结硬化的速度起主要作用？凝结硬化最快。 如果加入石膏可以延缓水泥凝结，那么为什么呢？掺入过多可不

18、可以。 答：C3A,石膏中含有较多的SO3 ，p44，不能多,凝结时间,凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的时间。 凝结时间的工程意义： 水泥的初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇注和砌筑等工作。 水泥的终凝时间不宜过迟，以免延误施工工期。 国家标准GB1752006规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。,凝结时间的测定:,（1）采用凝结时间测定仪（维卡仪）； （2）采用水泥标准稠度净浆。,初凝时间：试杆距底板距离为4mm1mm。 终凝时间：

19、当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体留下痕迹时。,凝结时间测定:,水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。 例如：混凝土的施工。,讨论与分析,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。初凝时间不得早于45min,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。终凝时间不得迟于6.5h。,同时规定:初凝时间不符合规定者为废品， 终凝时间不符合规定者为不合格品。,GB规定,一、 硅酸盐水泥

20、及普通硅酸盐水泥,凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程。 抗冻性好，适合严寒地区抗冻性要求高的工程。 水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。因为水化热高，放热多，容易膨胀开裂。 抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低。 耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。 耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。 耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。,普通硅酸盐水泥相对于硅酸盐水泥，由于掺入了少量混合料，其早期强度、水化热、抗冻性，耐磨性和抗碳化性略有降低，耐腐蚀性和耐热性略有提高,硅酸盐水泥的应用,常用于： 重要结构的高

21、强混凝土和预应力混凝土工程。 要求凝结快的现场浇注的混凝土工程。 冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程。 不宜用于： 受海水和矿物水作用的工程 。 大体积工程。 耐热、耐酸工程。,硅酸盐水泥的保管在最后补充,掺混合材料的硅酸盐水泥,凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量的石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。 掺入目的：改善水泥的性能 ；增加品种 ；提高产量 ；节约熟料，降低成本,2、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,定义 技术性质要求（与普通水泥相比） 相同点 MgO含量、细度、凝结时间、安定性的技术要求相同。,熟料,适量石膏,20%70%粒化高炉矿渣,20%

22、40%粉煤灰,20%50%火山灰质混合材料,矿渣水泥 （PO）,粉煤灰水泥 （PS）,火山灰水泥 （PP）,磨细,磨细,磨细,不同点,三氧化硫含量：矿渣水泥不超过4.0；火山灰质水泥、粉煤灰水泥不得超过3.5。 强度等级：强度等级划分为32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R共六个等级。各龄期的强度要求见下表。 密度：水泥的密度为28003000kg/m3。,三种水泥的共同性质（与硅酸盐水泥、普通水泥相比）,凝结硬化慢，早期强度低，后期强度发展较快 抗软水、抗腐蚀能力强 水化热低、放热速度慢 抗碳化能力差抗冻性差、耐磨性差 湿热敏感性强，适合蒸汽养护,三种水泥各自的特性

23、,矿渣水泥耐热性强、干缩性较大、保水性差 火山灰水泥保水性发、抗渗耐水性好、硬化干缩性显著 粉煤灰水泥干缩性小、抗裂性好,问？抗渗性耐水性好的水泥是哪一种， 耐高温水泥是哪一种。 答：火山灰质硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥,定义,水泥的体积安定性指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。,水泥硬化后体积发生不均匀膨胀， 导致水泥石开裂、翘曲等现象。,否则，为良好。,不良：,良好：,注意：安定性不良的 水泥为废品水泥， 严禁在工程中使用。,任务四 硅酸盐水泥的体积安定性,体积安定性,体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良。 水泥安定性不良的原因：

24、熟料中含有过量的游离氧化钙（fCaO），或含有过量的游离氧化镁（fMgO）； 生产水泥时掺入的石膏过量。 国家标准GB1752006规定，硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。 体积安定性不良的水泥严禁用于工程中。,讨论与分析,引起安定性不良的原因有哪些,熟料中含有过多的游离MgO,熟料中含有过多的游离CaO,石膏掺量过多,用沸煮法检验必须合格,熟料中MgO含量5%,熟料中SO3含量3.5%,强度是水泥力学性质的一项重要指标，是确定水泥强度等级的依据。,任务五 硅酸盐水泥的强度等级,（1）胶砂强度 国家标准规定，水泥和标准砂按1：3.0质量比混合，加入规定量的水（水灰比为0.50），经标准试

25、验方法搅拌成型。制成40mm40mm160mm的标准试件，在标准条件（1d温度为201，相对湿度90以上的空气中带模养护；1d以后拆模，放入201的水中养护）下养护。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。,检验方法（ISO法）,水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm40mm160mm棱柱体试件,标准养护3d、28d，分别测定抗折强度、抗压强度。,（2）强度等级 根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级。(P40表5-2/3)的 规定。,注：R型

26、为早强型，主要是3d强度较高。,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、标准砂、水。制成试件的环境条件是：试验室的温度应保持在(202)，相对湿度应不低于50%，称量用的称的精度应为1%。 3）搅拌：先加水再加水泥，开动机器低速搅拌30秒钟后，将砂按粗到细的粒级依次均匀地加入，当每级砂料加完后，将机器转至高速再搅拌30秒钟。 4）停拌90秒钟：用胶皮刮具将搅拌叶片和锅壁上的胶砂刮入锅内，再高速继续搅拌60秒钟。 注：各个搅拌阶段时间误差应在1秒钟以内。,试验步骤,2、试件制备 胶砂制备后立即将空试模和模套固定在振实台上，用一个适当勺子直接从搅拌

27、锅里将胶砂分两层装入试模，装每一层时，每个槽里约放300g胶砂，用大播料器播平，再振实60下。从振实台上取下试模，用一金属直尺一次将超过试模部分的胶砂刮去，并将试件表面抹平。 在试模上作标记或加字条表明试件相对于振实台的位置。试件尺寸是(4040160)mm的棱柱体。,3、试件养护 1）试件带模养护：试件制备好后，立即将作好标记的试模放入雾室或湿箱内养护24小时，养护温度保持在(201)，相对湿度应不低于90% 。 2）脱模试件养护：脱模后试件放入水池中浸养28天，池水温度应在(201) 范围内，养护期间试件之间间隔或试件上表面的水深不得小于5mm。,4、试件强度测定 1）抗折强度测定：将试件

28、一个侧面放在试验机支承圆柱上，通过加荷圆柱以(5010)N/s的速率均匀地将荷载垂直地加在试件相对侧面上，直至折断。 抗折强度按下式进行计算： 式中： F 折断时施加于试件中部的荷载，N L 支承圆柱之间的距离，mm b 试件正方形横截面的边长，mm,2）抗压强度测定：将折断的两个半截试件通过抗压强度试验机在其上进行，试件中心与压力机受压中心差应在0.5mm内。在整个加荷过程中以(2400200)N /s的速率均匀地加荷至破坏。 抗压强度fce,o以MPa为单位，按下式进行计算： 式中： F 破坏时的最大荷载，N A 受压部分面积，mm2,5、试验结果确定 1）抗折强度，以一组3个试件抗折结果的平均值作为试验结果。当3个强度中有超出平均值10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。 2）抗压强度，以6个半截棱柱体抗压结果的平均值作为试验结果。如6个测定值中有一个超出6个平均值的10%，应剔除这个结果，再以剩下5个的平均数为结果。如果5个测定值中再有超出它们平均值10%的，则此组结果作废。,水化热,水泥的水化热是指在水化过程中的放热量，单位为kJ/kg。 影响因素： 熟料的矿物组成铝酸三钙、硅酸三钙的水化热高，而铁铝酸四钙、硅酸二钙的水化热较低。因此要降低水化热，可适当减少铝酸三