水泥讲义

水泥•水泥•概念：一种人造的水硬性胶凝材料。•五大水泥：1）硅酸盐水泥：熟料+0-5%混合料（石灰石或矿渣）+适量石膏磨细不掺P.I掺P.II2）普通硅酸盐水泥：熟料+6-15%混合料+适量石膏磨细P.O3）矿渣水泥：熟料+20-70%粒化高炉矿渣+适量石膏磨细P.S4）火山灰水泥：熟料+20-50%火山灰质材料+适量石膏磨细P.P5）粉煤灰水泥：熟料+20-40%粉煤灰+适量石膏磨细P.F（复合水泥）：熟料+15-50%二种及二种以上混合料+适量石膏磨细P.C•常用的水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，性质相近•生产工艺•主要原材料石灰质材料CaO粘土质材料SiO2、Al2O3、F2O3•生产过程•原材料按比例搭配混合料磨细水泥生产窑1450℃煅烧水泥熟料掺3%左右石膏磨细硅酸盐水泥•石膏：调整水泥的凝结速度，应严格控制掺量，以防止过量造成水泥在水化过程的体积上的不安定现象。•掺入的混合材料•作用1）增加水泥产量2）降低生产成本3）改善水泥品质：促进水泥后期强度的提高，降低水化热。•类别活性：粒化高炉矿渣、火山灰质材料、粉煤灰等，具有水化胶凝性质。非活性：石灰石、粘土、石英砂，高产，降低水化热。•技术性质•物理性质样品的制备：水泥样品的取样应具有代表性，样品缩分至规定量后过0.9mm筛备用。•细度•细度的大小反映了水泥颗粒的粗细程度或水泥的分散程度。它对水泥的水化速度、需水量、和易性、放热速率和强度的形成都有一定的影响。•细度愈大（筛余量百分率愈小）颗粒愈细水泥与水反应的比表面积愈大水化反应和凝结速度就愈快早期强度愈高。•细度（续）•检验方法•常用的方法是筛析法，以80μm（45μm）水泥标准筛上存留量的多少来表示细度。•筛析法：负压筛析法、水筛法、手工筛析法，三种方法测定的结果有争议时，以负压筛析法为准。•比表面积法：以单位质量水泥材料表面积的大小来表示细度。（硅酸盐水泥）•试验仪器：试验筛（负压筛、水筛、手工筛）、负压筛析仪、水筛架和喷头、天平（0.01g）。•步骤•试验准备：1）称取试样25g（80μm）或10g（45μm）。2）试验筛保持清洁，负压筛、手工筛干燥。•细度（续）•负压筛析法•预设负压至4000-6000Pa，时间2min称取试样精确至0.01g，置于负压筛中，放在筛座上，盖上筛盖开动筛析仪筛毕，称量筛余物。•水筛法调整水压及水筛架位置，使控制喷头底面与筛网距离为35-75mm称取试样精确至0.01g，置于水筛中淡水冲至大部分细粉通过置于水筛架上，用水压0.05±0.02MPa的喷头连续冲洗3min筛余物冲至蒸发皿，沉淀烘干沉淀物，称量。•手工筛析法•称取试样精确至0.01g，倒入手工筛内一手持筛往复摇动，另一手轻拍，速度120次/min。每40次向同一方向转达动60℃至每分钟通过试样量不超过0.03g为止，称量筛余量。•细度（续）•计算：F=R/W*100F`=F*CF—水泥试样的筛余百分数，%R—水泥筛余物质量，gW—水泥试样质量，gF`--修正后水泥试样的筛余百分数，%C—试验筛称量后有效修正系数。•结果：合格评定时，每个样品应称取二个试样分别筛析，；取筛余平均值为筛析结果，二次筛余结果绝对误差大于0.5%时（筛余值大于5%时可取1.0%），应再做一次试验，取二次相近结果的算术平均值为最终结果。•水泥净浆标准稠度用水量•水泥标准稠度是指水泥净浆对标准试杆或试锥沉入时所产生的阻力达到规定状态所具有的水和水泥用量百分率。•水泥标准稠度用水量是通过试验不同用水量时水泥净浆的穿透性，以确定水泥净浆达到标准稠度所需的水量。•标准稠度用水量的确定，是测定水泥凝结时间和安定性两项重要物理性能指标结果具有可比性的基础。•测定方法原理•试杆法(标准法)：让标准试杆沉入净浆，当试杆沉入的距离正好距底板6±1mm时的水泥浆即为标准稠度净浆，此时的用水量即为标准稠度用水量。•试锥法（代用法）：以水泥净浆标准稠度仪的试锥沉入深度正好为28±2mm时的水泥浆为标准稠度净浆，此时的拌和用水量即为水泥的标准稠度用水量。•水泥净浆标准稠度用水量（续）•试验仪器水泥净浆标准稠度仪、试锥、试模、标准维卡仪、净浆搅拌机、天平（1g）•试验条件1）试验用水必须是饮用水。2）试验室温度20±2℃，相对湿度≥50%，水泥试样、拌和水、仪器温度与试验室一致。•步骤•试杆法（标准法）1）调整维卡仪金属棒自由滑动，调整至试杆接触玻璃底板时指针对准零点。2）将拌和水加入搅拌锅内，在5-10s内将称好的500g水泥加入水中。3）启动搅拌机低速120s，停15s，高速120s，停机。4）立即将搅拌好的水泥浆装入置于玻璃底板上的圆台试模中，小刀扦捣，轻振数下，抹平，移至维卡仪上，使试杆刚好与净浆表面接触，拧紧螺丝，1-2s后突然放松，试杆垂直自由沉入水泥净浆中，30s时记录试杆距底板距离，开起试杆，擦净，整个操作在搅拌后1.5min内完成。•试杆法（续）5）以试杆沉入净浆距底板6±1mm的水泥净浆为标准稠度净浆，此时其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量，以水和水泥质量的百分比计。6）如未能实现上述试验结果，则应调整加水量重做试验，直至达到规定的试验结果。•试锥法（代用法）•有调整水量法和固定水量法二种方式。预先将稠度仪调整至试锥接触锥模顶面时指针对准零点。1）调整水量法•水泥浆拌制及试模装填方法同标准法，可用经验确定一个初步的拌制水泥净浆用水量。•将试模固定在稠度仪上，将试锥降至净浆表面，拧紧螺丝1-2s后突然放松，将试锥垂直自由沉入水泥净浆中，至试锥停止下沉或释放试锥30s时，记录试锥下沉深度，整个操作在搅拌后1.5min内完成。•以试锥下沉深度28±2mm时的净浆为标准稠度净浆，其拌和用水量为该水泥的标准稠度用水量，以水和水泥质量比的百分比计。•如下沉深度超出范围需另称量，调整水量，重做试验，直至达到28±2mm为止。•试锥法（续）2）不变水量法•拌和用水量为142.5mL，操作步骤同上。•根据测得的试锥下沉深度S（mm）按下式计算得到标准稠度用水量P（%）P=33.4-0.185S•注意问题1)在条件具备时，应首先采用标准法测定水泥净浆标准稠度，首次用水量的多少由经验决定。2）采用代用法时，如调整用水量方法与固定用水量法的结果有冲突，以调整用水量的结果为准。3）当采用固定用水量法测得试锥下沉深度小于13mm时，应改用调整水量法测定。4）当水泥全部加入搅拌锅时，应记录下这一时刻所对应的时间以供凝结时间测定用。•凝结时间•定义•水和水泥混合后，从最初的可塑状态逐渐成为不可塑状态，要经历一定的时间。这种过程时间长短的一种定量的表示方法即为凝结时间，以标准试针沉入标准稠度水泥净浆达到一定深度所需的时间表示。分初凝时间和终凝时间。•初凝时间：从水泥全部加入水中至水泥净浆开始失去塑性所需的时间。•终凝时间：从水泥全部加入水中至水泥浆完全失去塑性所需的时间。•对混凝土施工的意义初凝时间太短，不利于混凝土施工工序的正常进行；终凝时间太长，不利于混凝土结构的形成，模具周转，养护周期过长，故初凝不宜太短，终凝不宜过长。•凝结时间（续）•试验仪器湿气养护箱：温度20±1℃，相对湿度大于90%；试针：初凝针、终凝针，二种试针可滑动部分总质量300±1g，其它同标准稠度试验。•步骤以测定标准稠度拌制的水泥浆装满圆台试模，扦捣、振实、刮平，立即放入湿气养护箱中，记录净浆搅拌时水泥全部加到水中的时间作为起始时间。•初凝时间测定：养护至30min时，进行第一次测定，取出试模置于标准维卡仪下，调整初凝针与水泥净浆表面刚好接触，拧紧螺丝1-2s后松开，观察试针停止下降或释放试针30s时指针读数。当试针下沉至距底板4±1mm时，表征初凝状态，记录所经历时间，用min表示。如未达到规定状态，继续养护，再次测定，直至显现规定状态。•继续终凝时间测定：将试模从玻璃板上取下，翻转使大面朝上，放在玻璃板上，置于养护箱中继续养护。在接近终凝时间时，每隔15min测定一次，直至终凝试针沉入试件表面0.5mm时（试针在水泥表面留下印痕，不出现环状痕迹），表征终凝状态，所经历的时间为终凝时间，以“min”表示。•凝结时间（续）•注意事项1）在接近初凝或终凝时，要缩短两次测定的间隔，以免错过“真实”时间。2）达到凝结时间时应立即重复测定一次，当二次结果均表示达到初凝或终凝状态时才可认定。3）为防试针撞弯，在最初进行初凝时间测定时要轻扶金属杆，使试针缓缓下降，但最终结果以自由下落为准。4）每次测定避免试针落在同一针孔位置，并避开试模内壁10mm以上，测定间隔应保证试样在养护箱中的养生。•安定性•安定性是一项表示水泥浆体硬化后是否发生不均匀性体积变化的指标。•水泥在凝结硬化时体积变化轻微均匀，或发生在水泥终凝前将不会影响混凝土质量，如产生不均匀变形或硬化后变形较大，变形产生的应力超出混凝土构件所能承受的极限时，将会给整个结构造成极为不利的影响，严重时破坏结构。•产生原因：石膏中SO3，熟料煅烧时残存游离MgO、游离CaO等。•检测方法：雷氏夹法（标准法）和试饼法（代用法），二次结果有矛盾时以雷氏夹法为准。现行试验方法只能检测出游离CaO引起的体积变化。•安定性（续）•步骤：•雷氏夹法：标准稠度水泥浆制件2个湿气养护箱养护24±2h量测雷氏夹针尖距离A（精确至0.5mm，下同）针尖朝上恒沸180±5min试件冷却至室温量测雷氏夹针尖距离C二试件C-A平均值不大于5mm时为水泥安定性合格。•试饼法（代用法）标准稠度水泥浆玻璃板上制作试件2个（直径70-80mm，中心厚约10mm）同上法养护、沸煮试件冷却至室温目测无裂缝、钢尺量无弯曲，水泥安定性合格。•水泥力学性质•评价方法----水泥胶砂强度检验方法（ISO法），是评定水泥强度等级的重要指标，配合比设计的重要参数。•影响强度形成的主因：1）水泥自身熟料矿物组成和细度2）水灰比3）试件制作方法4）养护条件和时间检验方法（GB/T17671-1999）将水泥和标准砂以1：3比例混合，以水灰比0.5拌制成一组塑性胶砂，制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准条件下养护至规定龄期，用规定的方法测出抗折和抗压强度。•水泥胶砂强度（续）•试验仪器和材料胶砂搅拌机、胶砂振实台、试模、下料漏斗、抗折试验机、抗压试验机、抗压试验夹具、刮平尺和播料器、ISO标准砂、其它。•步骤1)胶砂组成:每锅水泥:标准砂:水=450g:1350g:225mL。2）胶砂制备：水入搅拌锅，加水泥，搅拌锅固定在机座上开至固定位置，立即启动，低速30s，在第二个30s开始同时均匀加入标准砂，再高速搅拌30s，停90s，再高速搅拌60s。3）试件成型：试模固定在振动台上，将胶砂分二层装入试模。第一层用大播料器播平，振实60次，装入第二层用小播料器播平，再振实60次，卸下试模。用金属直尺垂直以割锯动作治试模长度方向从一端向另一端移动，一次将多余胶砂刮去，直尺抹平。•水泥胶砂强度（续）4）试样养护：对试模作标记标明试样编号，带模在养护箱（室）中养护到规定的脱模时间脱模。脱模时先在试件上编号，二个龄期以上的试验，应将一个试模中的三个试件分别编在二个以上的龄期内。随后将试件水平（或竖立）放在20±1℃的水中养护，试件保持间隔，期间水面高出试件5mm以上。5）强度试验：养护至规定龄期时，从养护环境中取出待测试件。首先进行抗折试验，抗折机调平，试件一个侧面放在支撑圆柱上，开机，以50±10N/s速率均匀加荷，直至试件折断，记录破坏荷载。接着进行抗压试验，将折断的半截试件放在抗压夹具中，注意直接受压面为侧面，然后放在压力机上，加荷速率为2400±200N/s，直至试件破坏，记录破坏荷载。•水泥胶砂强度（续）•结果计算及处理a）抗折强度Rf：水泥胶砂抗折强度，精确至0.1MPa(下同)，MPa；Ff：胶砂试件折断时荷载，N；L：试件支撑间距，标准为100mm，mm；b：试件正方形截面边长，40mm。•结果处理：以一组三个试件抗折结果的平均值作为试验结果，当三个强度中有超出平均值±10%时，应除去再取