水泥物理力学性能培训讲义

水泥物理力学性能培训讲义梅国政主讲一、基础部分（水泥基本知识）1、水泥定义：凡细磨成粉状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。2、水泥组成：通常情况下水泥是由熟料、混合材料及调凝剂三部分组成。3、水泥的分类3、水泥的分类按用途和性能分：1）专用水泥：指专门用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥；2）特性水泥：自应力水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥；3）通用水泥：硅酸盐水泥（P·Ⅰ、P·Ⅱ）、普通水泥（P·O）、矿渣水泥（P·S）、火山灰水泥（P·P）、粉煤灰水泥（P·F）、复合水泥（P·C），产品代号依次为GB175-1999、GB1344-1999、GB12958-1999。3、水泥的分类按组成分：1）硅酸盐类水泥2）铝酸盐类水泥3）硫铝酸盐类水泥4）氟铝酸盐类水泥5）铁铝酸盐类水泥6）少熟料或无熟料水泥4、水泥取样方法进场的水泥应按批进行复验。按同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥，袋装不超过200t为一批，散装不超过500t为一批，每批抽样不少于一次。取样应具有代表性，可连续取样，亦可从20个以上不同部位取等量样品。取样品宜用取样器，总量不少于12kg，将所取样品充分混合后通过0.9mm方孔筛，均分为试验样和封存样，封存样应加封条，密封保管三个月。5、通用水泥物理性能的检测依据及有关技术指标1）细度：GB/T1345-2005《水泥细度检验方法（筛析法）》。P·Ⅰ、P·Ⅱ水泥以比表面积表示大于300m2/kg。P·O、P·S、P·P、P·F、P·C水泥80μm方孔筛筛余不得超过10.0%。水泥细度反映的是水泥颗粒的粗细程度，颗粒愈细，与水起反应的表面积就愈大，水化较快且较完全，早期强度及后期强度都较高，但在空气中的硬化收缩大。X=2t式中X：水化深度（μm），t：水化天数。因此熟料颗粒太细只能调节凝结时间，不能产生强度，颗粒太粗水化程度低只能起集料作用，浪费较大，要想对水泥细度有个全面的了解，必须结合水泥的比表面积及颗粒组成。龄期1h3d28d水化深度0.9μm2.63μm4.6μm45μm颗粒熟料水化28d60d360d水化体积百分数50%59%77%145、通用水泥物理性能的检测依据及有关技术指标2）凝结时间：GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》P·Ⅰ、P·Ⅱ：初凝不得早于45分钟，终凝不得迟于6.5h。P·O、P·S、P·P、P·F、P·C：初凝不得早于45分钟，终凝不得迟于10h。3）安定性（由游离氧化钙造成的体积安定性）：GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。用雷氏法（标准法）或试饼法（代用法）检验均合格，另外，由游离氧化镁造成的体积安定性用GB/T750《水泥压蒸安定性试验方法》检验，由三氧化硫造成的体积安定性影响是通过产品标准中对三氧化硫的限制来控制的。5、通用水泥物理性能的检测依据及有关技术指标4）强度：GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》，水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于相应产品标准中强度表格的数值。5）比表面积：GB/T8074-1987《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》。P·Ⅰ、P·Ⅱ水泥中大于300m2/kg。6）不合格品和废品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任何一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、烧失量及不溶物中的任何一项不符合标准规定的要求或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全也属于不合格品。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）GB/T17671-1999idtISO679：19891、使用范围：通用水泥及规定的其它水泥。2、试验材料要求1）水泥：当试验水泥从取样至试验要保持24h以上时，应将它贮存在基本装满和气密的容器里，这个容器应不与水泥起反应。2）水：仲裁试验或其它重要试验用蒸馏水，其它试验可用饮用水。3）中国ISO标准砂：中国ISO标准砂完全符合基准砂中的颗粒分布和湿含量的要求。生产期间这种测定每天至少进行一次，但这些要求不足以保证标准砂与基准砂等同。这种等效性是通过标准砂和基准砂比对检验程序来保持的。ISO基准砂是德国标准砂公司制备的，用来鉴定和控制各国ISO标准砂的质量（鉴定检验、年检、月检）。中国ISO标准砂包装要求：0.08~0.5(mm)细砂450g，0.5~1.0(mm)中砂450g，1.0~2.0(mm)粗砂450g，混合包装1350g。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）1）搅拌机：双转双速行星式胶砂搅拌机的特点是搅拌均匀，锅内每点搅拌的机会均等。设备的结构和类型、技术要求、检验方法、检验规则应符合JC/T681-2005《行星式胶砂搅拌机》。用多台搅拌机工作时，搅拌锅和搅拌叶片应保持配对使用。叶片与锅之间的间隙，指叶片与锅壁最近的距离，应每月检查一次，其间隙为3mm±1mm，用ф2mm和ф4mm的钢丝作定性检查。胶砂搅拌机的工作程序分手动和自动两种。自动控制程序为：低速30s±1s，再低速30s±1s，同时自动开始加砂并在20s~30s内全部加完，高速30s±1s，停90s±1s，高速60s±1s。手动控制具有高、停、低三档速度及加砂功能控制钮，并与自动互锁。为了搬动方便、减轻振动等要求，使用时最好垫上5mm天然橡胶。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）1）振实台：符合JC/T682-2005《水泥胶砂试体成型振实台》，为胶砂试体成型基准设备。安装要求：应安装在高度约400mm的混凝土基座上。混凝土体积约0.25m3，重约600kg。需防外部振动影响振实效果时，可在整个混凝土基座下放一层厚约5mm天然橡胶弹性衬垫。将仪器用地脚螺丝固定在基座上，安装后设备呈水平状态，仪器底座与基座之间要铺一层砂浆，以保证它们完全接触。主要参数：振实台振幅15.0mm±0.3mm，振动60次的时间60s±2s，台盘（包括臂杆、模套和卡具）的总重量13.75kg±0.25kg，台盘中心到臂杆轴的距离800mm±1mm。使用时注意：臂杆轴只能转动不允许有旷动，振实台启动后，其台盘在上升过程中和撞击瞬间无摆动现象，传动部分运转声音正常。振幅的检测：用14.7mm和15.3mm标准块检测，当在突头和止动器之间放入14.7mm标准块时，转动凸轮，凸轮与随动轮接触；当放入15.3mm标准块时，再转动凸轮，则凸轮与随动轮不接触。辅助设备：大小播料器是用于两次加料的，金属刮平尺用于刮平。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）3）水泥胶砂振动台：符合JC/T723-2005《水泥胶砂振动台》，是胶砂试体成型的代用设备。工作原理：由电机带动偏重轮转动，使台面上下运动来振实试模中的胶砂。主要参数：振幅放上空试模与漏斗时，全波振幅为0.75mm±0.02mm，振动频率为2800~3000次/min；可振动部分重量32.0kg±0.5kg，振动时间为120s±2s,刹车时间小于5s。安装：用地脚螺丝固定混凝土基座上，调整振动台面至水平。辅助设备：下料漏斗，用于胶砂下料。4）水泥胶砂试体养护箱：符合JC/T959-2005《水泥胶砂试体养护箱》。注意事项：有无滴水现象，放入试模后，篦板是否呈水平放置，显示的温湿度是否与真实情况有差别，箱内温度是否均匀。使用时注意：必须在控制好环境温度的情况下，使水泥胶砂试体养护箱尽量减少工作时间。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）5）水泥胶砂电动抗折试验机：符合JC/T724-2005《水泥胶砂电动抗折试验机》。该抗折机为1级精度，即相对示值误差、相对示值变动度均不超过±1%，由计量部门检定。GB/T17671-1999标准要求加荷速度为50N/s±10N/s。在该标准中为50N/s±5N/s，抗折强度以MPa表示，按下式进行计算：Rf=———式中：Ff：抗折时施加于棱柱体中部的荷载，N；L：支撑圆柱体之间的距离，mm（100mm）；b：棱柱体正方形截面的边长，mm(40mm);1.5FfLb3二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）6)水泥胶砂强度试验机在GB/T17671标准中规定只要压力机满足±1%精度，加荷速度为2400N/s±200N/s的加荷能力，手动控制时由速度跟踪装置就可以了，但国家还是推行符合JC/T960-2005《水泥胶砂强度自动压力试验机》。压力机由计量部门校验。7）抗压夹具：符合JC/T683-2005《40mm×40mm水泥抗压夹具》。使用时注意：抗压夹具随着使用时间的增长，在做压力试验时其强度值会逐步减少，因此在做好比对试验的前提下要注意更换，日常使用时注意传压柱进行导向运动时垂直滑动而不发生摩擦和晃动，上压板的球面应能自由滑动。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）8）试模：符合JC/T726-2005《水泥胶砂试模》。重量：6.25kg±0.25kg，试模组装后模腔基本尺寸：长（A）为160mm±0.8mm，宽（B）为40mm±0.2mm，深（C）为40.1mm±0.1mm，用前自检，日常使用注意不要混用。9）天平：精度应为±1g。10）加水器：当使用自动滴管加225ml水时，滴定管的精度应为±1ml。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）5、实验条件1）试验室：试体成型试验室的温度应保持20℃±2℃，相对湿度应不低于50%。2）养护箱：试体带模养护的养护箱或雾室温度保持在20℃±1℃，相对湿度不低于90%。3）养护池：水的温度应在20℃±1℃。养护池温度及试验室温、湿度每天至少记录一次，养护箱或雾室的温度与相对湿度至少每4小时记录一次，在自动控制的情况下记录次数可以酌减至一天二次。6、胶砂配比：P·Ⅰ、P·Ⅱ、P·O、P·S、P·F、P·C水泥每锅胶砂配比均为：中国ISO标准砂1350g±5g，水泥450g±2g，水225g±1g。P·P水泥每锅的砂及水泥的量不变，但加水量必须按GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测定其水泥的流动度后来确定强度成型的加水量。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）7、试验过程配料→搅拌→试体制备→刮平→试体干养护→脱模→水养护→到龄期破型。注意：1）脱模：脱模时应非常小心，可用塑料或橡皮榔头轻轻敲击，以防试体受伤，对于24h龄期的，应在破型前20分钟内脱模。对于24h以上龄期的，应在成型后20~24h之间脱模，脱模时注意编号的移植。2）水养护：只有同类型水泥才可以在一起养护，试体下水时，必须是洁净的自来水，让试体六个面与水充分接触，养护时试体间间隙和试体上表面水深均不得小于5mm，不允许在养护期间全部换水，并注意各养护池之间温度的均匀性。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）8、计算：1）抗折强度记录至0.1MPa，计算平均值时精确至0.1MPa，以一组三个棱柱体抗折结果的平均值为试验结果，当三个强度值中有超出平均值±10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。2）抗压强度单个结果计算至0.1MPa，计算平均值时精确至0.1MPa，以一组六个棱柱体上得到的六个抗压强度测定值的平均值为试验结果。如六个测定值中有一个超出六个平均值的±10%，就剔除这个结果，而以剩下的五个的平均数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均数的±10%时，则此结果作废。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）3）计算举例一个强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥样品，进行28天龄期胶砂强度检验的结果如下：抗折破坏荷重分别为：3.53KN、3.00KN及3.42KN，抗压荷载分别为：77.6KN、77.1KN、64.0KN、75.2KN、74.8KN及75.6KN，计算该水泥的抗压强度及抗折强度。二、水泥胶砂强度检验方法（ISO法）三、水泥标准稠度用水量，凝结时间、安定性检验方法执行GB/T1346-2001标准，eqvISO9597：1989；1、适用