水泥性能实验指导书

水泥性能实验指导书（应化）材料科学与工程学院材料基础实验中心2012.919 实验一 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性的测定GB 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法水泥加水搅拌后可形成塑性浆体，搅拌时的用水量对水泥浆体的凝结时间及硬化后体积变化的稳定性有较大的影响。测定水泥的标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性对工程施工过程以及施工质量有重要意义。1、 水泥标准稠度用水量的测定1、目的意义水泥净浆标准稠度是为使水泥凝结时间、体积安定件等的测定具有准确的可比性而规定的，在一定测试方法下达到统一规定的稠度。达到这种稠度时的用水量为标准稠度用水量。通过本实验测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量，作为水泥的凝结时间、安定性试验用水量的标准。本实验的目的：进一步了解标难稠度、标准稠度用水量的概念；测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量；分析标准稠度用水量对水泥凝结时间、体积安定性等的影响。2、实验原理水泥标准稠度净浆对标准试杆（或试锥）的沉入具有一定阻力。通过试验不同含水量水泥净浆的穿透性，以确定水泥标准稠度净浆中所需加入的水量。3、实验器材水泥净浆搅拌机 符合JCT 7292005水泥净浆搅拌机的规定。如图1-1所示。主要由搅拌锅、搅拌叶片、传动机构和控制系统组成(如图1-2所示)。搅拌叶片在搅拌锅内作旋转方向相反的公转和自转，并可在竖直方向调节。搅拌锅可以升降，传动结构保证搅拌叶片按规定的方向和速度运转，控制系统具有按程序自动控制与手动控制两种功能。自动控制程序为：慢速(1203)s，快速(1203)s。搅拌叶片转速见表1-1。搅拌时叶片与锅底，锅壁的最小间隙为(21)mm。图1-1 净浆搅拌机 图1-2 搅拌锅、搅拌叶片示意图表1-1 搅拌叶片转速 搅拌叶片搅拌速度公转速度（rmin-1）自转速度（rmin-1）慢速6551405快速1251028510标准法维卡仪 图1-3测定水泥标准稠度和凝结时间用维卡仪及配件示意图中包括：a. 为测定初凝时间时维卡仪和试模示意图；b. 为测定终凝时间反转试模示意图；c. 为标准稠度试杆；d. 为初凝用试针；e. 为终凝用试针等。（a）初凝时间测定用立式试模侧视图 （b）终凝时间测定用反转试模前视图（c）标准稠度试杆 （d）初凝试针 （e）终凝试针图1-3测定水泥标准稠度和凝结时间用维卡仪及配件示意图标准稠度试杆由有效长度为50 mm1mm，直径为10mm0.05mm的圆柱形耐腐蚀金属制成。初凝、终凝用试针由钢制成，其有效长度初凝针为50mm1 mm、终凝针为30 mm1mm，直径为1.13mm0.05mm。滑动部分的总质量为300g1g。与试杆、试针联结的滑动杆表面应光滑，能靠重力自由下落，不得有紧涩和旷动现象。盛装水泥净浆的试模由耐腐蚀的有足够硬度的金属制成。试模为深40mm0.2 mm、顶内径65mm0.5mm、底内径75mm0.5mm的截顶圆锥体。每个试模应配备一个边长或直径约100mm、厚度4mm5mm的平板玻璃底板或金属底板。量筒或滴定管：精度0.5mL。天平：最大称量不小于1000g，分度值不大于1g。4、材料试验用水应是洁净的饮用水，如有争议时应以蒸馏水为准。 5、试验条件 试验室温度为202，相对湿度应不低于50%；水泥试样、拌合水、仪器和用具的温度应与试验室一致。6、试验步骤6.1 试验前须检查：6.1.1 维卡仪的滑动杆能自由滑动。试模和玻璃底板用湿布擦试，将试模放在底板上。6.1.2 调整至试杆接触玻璃板时指针对准零点6.1.3 搅拌机运行正常。6.2 水泥净浆的拌制用水泥净浆搅拌机搅拌，搅件锅和搅拌叶片先用湿布擦过，先将拌合水倒入锅内，然后在510s内小心将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出。拌和时，先将锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停拌15s，同时将叶片和锅壁上的水泥将刮入锅中间，接着高速搅拌120s后停机。6.3 标准稠度用水量的测定步骤拌合结束后，立即取适量水泥净浆一次性奖其装入已置于玻璃底板上的试模中，浆体超过试模上端，用宽约25mm的直边刀轻轻拍打超出试模部分的浆体5次以消除浆体中的孔隙，然后在试模上表面约1/3处，略倾斜于试模分别向外轻轻锯掉多余净浆，再从试模边沿轻抹顶部一次，使净浆表面光滑。在据掉多余净浆和抹平的操作过程中，注意不要压实净浆；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，拧紧螺丝1s2s后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离，升起试杆后，立即擦净；整个操作应在搅拌后1.5min内完成。7、数据处理7.1 数据记录水泥品种强度等级依据标准名称次数水泥用量（g）拌合用水量(ml)实测试杆下沉距底板距离(mm)标准稠度用水量（%）7.2 结果与评定以试杆沉入净浆并距底板6 mm1mm的水泥净浆为标准稠度净浆，其拌合水量为该水泥的标准稠度用水量（P），按水泥质量的百分比计。 （7.2-1）如下沉深度超出范围，需另称试样，调整水量，重做实验，直至达到6mm1mm时为止。二、水泥净浆凝结时间的测定1、目的意义水泥从加水到开始失去流动性所需要的时间成为凝结时间。凝结时间的快慢直接影响到混凝土的浇灌和施工进度。测定水泥达到初凝和终凝所需要的时间可以评定水泥的可施工性，为现场施工提供参数。本实验的目的：进一步了解水泥初凝和终凝的概念测定水泥的凝结所需的时间；分析凝结时间对施工质量的影响。2、实验原理凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定浓度所需的时间表示。当试针在不同凝结程度的净浆中自由沉落时，试针下沉的深度随凝结程度的提高而减小。根据试针下沉的深度就可评判水泥的初凝和终凝状态，从而确定初凝时间和终凝时间。3、实验器材 净浆搅拌机(同上，见图1-1、1-2)； 标准法维卡仪及试针(同上，见图1-3)； 量筒或滴定管：最小刻度0.5mL； 天平：最大称量不小于1000g，分度值不大于1g。 湿气养护箱：应能使温度控制在(201)，湿度大于90。4、试验条件同标准稠度用水量实验。5、试验步骤5.1 测定前准备调整维卡仪的试针接触玻璃板时，指针对准零点。5.2试件的制备以标准稠度用水量制成标准稠度净浆并装满试模和刮平后，立即放入湿气养护箱中。记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。5.3初凝时间的测定试件在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时，从湿气养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与净浆表面接触（如图1-4a），拧紧螺丝1s2s后突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净浆。观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数。临近初凝时，每隔5min（或更短时间）测定一次。到达初凝时应立即重复测一次，当两次结论相同时才能定为到达初凝状态。5.4 终凝时间的测定为了准确观测试针沉入的状况，在终凝试针上安装了一个环形附件（如图1-3e）。在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体平移的方式从玻璃板上取下，翻转180度，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿汽养护箱中继续养护。临近终凝时每隔15min测定一次（或更短时间）。到达终凝时应立即重复测一次，当两次结论相同时才能定为到达终凝状态。5.5 测定时应注意最初测定时应轻轻扶持金属柱，使试针徐徐下降，以防撞弯，但结果以自由下落为难；在整个测试过程中试针沉入的位置至少要距试模内壁10mm。每次测定不能让试针落入原针孔，每次测试完毕应将试针擦净并将试模放回标准养护箱内，测定全过程中要防止试模受到振动。(a)测定开始时 (b)水泥初凝状态 (c)水泥终凝状态图1-4 水泥凝结时间示意图5、数据处理5.1数据记录5.1.1初凝时间测定表加水时间结束时间次数试针下沉后距底板的距离（mm）初凝时间（min）注：测试次数不少于3次，即到达初凝状态2次，临近初凝时不少于1次。 5.1.2 终凝时间测定表加水时间结束时间次数试体上是否有环形痕迹（试针沉入试体0.5mm时）终凝时间（min）注：测试次数不少于3次，即到达终凝状态2次，临近终凝不少于1次。5.2 结果与评定5.2.1 测试结果当试针沉入净浆中距底板4mm1mm时，为水泥达到初凝状态（如图1-4b所示）；由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，用“min”表示。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（如图1-4c所示）。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。5.2.2 结果评定按GB 175-2007通用硅酸盐水泥第7章“技术要求”第7.3.1条“凝结时间”的规定，评定所测试水泥凝结时间是否合格。水泥品种强度等级依据标准名称GB 175-2007通用硅酸盐水泥要求值实测值初凝时间（min）终凝时间（min）结果评定三、水泥安定性的测定1、目的意义反映水泥硬化后体积变化均匀性的指标称为水泥的体积安定性，简称水泥安定性。在水泥活水后的硬化过程中，一般都会发生体积变化。如果这是因为水泥中的某些有害成分的作用，则水泥、混凝土硬化后，在水泥石内部会产生剧烈的不均匀体积变化，使建筑物混凝土内产生破坏应力，导致建筑物强度下降。若破坏应力超过建筑物的强度，就会引起建筑物的开裂、崩溃、倒塌等严重质量事故。所以测定水泥的安定性十分重要。本实验的目的：进一步了解水泥体积安定性的概念学习水泥体积安定性的测试方法；分析影响水泥体积安定性的因素。2、基本原理雷氏法是观测由二个试针的相对位移所指示的水泥标准稠度净浆体积膨胀的程度。试饼法是观察水泥标准稠度净浆试饼的外形变化程度。水泥中游离氧化钙在常温下水化速度缓慢，随着温度的升高水化速度加快。预养后的水泥净浆试件经3h煮沸后，绝大部分游离氧化钙已经水化。由于游离氧化钙水化产生体积膨胀，因此对水泥的安定性产生影响。根据煮沸后试饼变形情况或试件膨胀值即可判断水泥安定性是否合格。3、实验器材 净浆搅拌机(同上，见图1-1、1-2)。 量筒或滴定管：最小刻度0.5mL； 天平：最大称量不小于1000g，分度值不大于1g； 湿气养护箱：应能使温度控制在(201)，湿度大于90； 雷氏夹膨胀值测量仪：雷氏夹膨胀值测量仪由支架、标尺、底座等零件组成如图1-5所示。 雷氏夹由铜质材料制成，其结构如图1-6所示。 煮沸箱：主要由箱盖、内外箱体、箱蔑、保温层、管状加热器、管接头、铜热水嘴、水封槽、罩壳、电器箱等组成。FZ-31型煮沸箱如图1-7所示。图1-5 LD-50 雷氏夹膨胀测量仪 图1-6 雷氏夹的结构1-底座；2-模子座；3-测量弹性标尺；4-立柱； 1-指针；2-环模5-测膨胀值标尺；6-膨胀值；7-悬丝；8-弹簧顶扭 图1-7 沸煮箱的结构1-箱盖；2-内外箱体；3-箱蔑；4-保温层； 5-管状加热器；6-管接头；7-铜热水嘴；8-水封槽；9-罩壳；10-电器箱4、试验条件同标准稠度用水量实验。5、试验步骤安定性的测定有雷氏夹法和试饼法两种方法。本次实验采用雷氏夹法。5.1测定前的准备工作每个试样需成型两个试件，每个雷氏夹需配备两个边长或直径约80mm、厚度4mm5mm的玻璃板，凡与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹表面都要稍稍涂上一层油。5.2 雷氏夹试件的成型将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立即将已制备好的标准稠度净浆一次装满雷氏夹，装浆时一只手轻轻扶持雷氏夹，另一只手用宽约25mm的直边刀在浆体表面轻轻插捣3次，然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立即将试件移至湿气养护箱内养护24h2h。5.3 沸煮5.3.1 调整好沸煮箱内的水位，使能保证在整个沸煮过程中都没过试件，不需中途添补试验用水，同时又能保证在30min5min内升至沸腾。5.3.2 脱去玻璃板取下试件，先测量雷氏夹指针尖端问的距离(A)，精确到0.5mm，接着将试件放入沸煮箱中的试件架上，指针朝上。然后在30min5min内加热至沸并恒沸180min5min。沸煮结束后，立即放掉沸煮箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离(C)，精确至0.5mm。6、数据处理6.1数据记录水泥品种强度等级依据标准名称GB 175-2007通用硅酸盐水泥编号沸煮前雷氏夹指针尖端间距A（mm）沸煮后雷氏夹指针尖端间距C（mm）C-A(mm)平均值（mm）12结果判定值结果评定6.2 结果评定 当两个试件煮后增加距离(C-A)的平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安定性合格，当两个试件煮后增加距离(C-A)的平均值大于5.0mm时，应用同一样品立即重做一次试验。以复检结果为准。实验二 水泥胶砂强度的测定GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)一、目的意义 水泥的强度在使用中具有重要的意义。水泥强度是指水泥试体在单位面积上所承受的外力，它是水泥的主要性能指标。水泥是混凝土的重要胶结材料，水泥强度是水泥胶结能力的体现，是混凝土强度的主要来源。检验水泥各龄期强度，可以确定其强度等级，根据水泥强度等级又可以设计水泥混凝土的强度等级。水泥强度检验主要是抗折与抗压强度检验。 本实验的目的：学习水泥胶砂强度的测试方法，以确定水泥强度等级；分析影响水泥胶砂强度测试结果的各种因素。二、实验原理1、抗折强度：抗折强度计算是假设材料是弹性均质体。抗折试验是按照水泥胶砂试体简支梁受力破坏形式进行推导的，当试体受力产生变形时，上部压缩，下部拉伸，中性层不变形，试体从下部拉伸处首先被破坏，由材料力学和电动抗折试验机测力原理确定抗折强度。(如图2-1所示) 图2-1 简支梁抗折受力分析 图2-2 轴心压缩受力分析2、抗压强度：采用轴心受压的形式进行测量。轴心压缩受力分析如图2-2。三、实验器材1、胶砂搅拌机 符合JCT 6812005行星式水泥胶砂搅拌机的规定。如图23所示。 图2-3 JJ-5型水泥胶砂搅拌机 1-电机；2-联轴套；3-蜗杆；4-砂罐；5-传动箱盖；6-蜗轮； 7-齿轮；8-主轴；9-齿轮；10-传动轴；11-内齿轮； 12-偏心座；13-行星齿轮；14-搅拌叶轴；15-调节螺母；16-搅拌叶；17-搅拌锅；18-支座；19-底座；20-手柄；21-立柱2、振实台 符合JCT 682-2005水泥胶砂试体成型振实台的质量要求。如图24所示。台面上装有夹具把试模与下料漏斗紧紧夹住， 振实台应安装在高度约为400mm的混凝土基座上，需防外部振动影响振功效果时，可在整个混凝土基座上放层厚约5mm天然橡胶弹件衬垫。图2-4 ZS-15型水泥胶砂振实台1-定位套；2-止动器；3-凸面；4-台面；5-凸轮；6-红外线计数器3 试模 符合JCT 7262005水泥胶砂试模的规定：40mm40mm160mm三联试模，模槽高为(40.10.1)mm，槽宽为(400.2)mm。如图2-5所示。成型时，应在试模上面加有一个壁高20mm的金属模套。为了控制料层厚度和刮平胶砂，应备有大小两个播料器和一金属刮平直尺，如图2-6所示。图2-5 水泥胶砂强度检验试模及其构造1-隔板；2-端板；3-底板图2-6 播料器和金属刮平尺4 抗折强度试验机 符合JCT 7241996电动抗折试验机中的规定。加荷圆柱应处于两个支撑圆柱的中央，并与其平行。抗折夹具的加荷与支撑圆柱直径均为(100.1)mm，两个支撑圆柱中心距为(1000.2)mm。如图2-7所示。 图2-7 水泥胶砂抗折试验机及抗折夹具6 压力试验机 抗压试验机吨位以200kN300 kN为宜，精度为1，并具有按(2400200)Ns-1速率的加荷能力。7 抗压夹具 符合JCT 683-199740mm40mm水泥抗压夹具的要求，由硬质钢材制成受压面积为1600mm2。 如图2-8所示。 图2-8 水泥抗压夹具8）标准养护箱或标准养护室（水槽）：箱（室）内温度可控制为201，相对湿度90%。四、试验条件及对材料的要求1、试验室温度为(202)，相对湿度大于50。2、标准养护箱温度为(201) ，相对湿度大于90，养护水的温度为(201)。3、ISO基准砂 ISO基准砂(reference sand)是由德国标准砂公司制备的Si02含量不低于98的天然的圆形硅质砂组成，颗粒分布如表2-1规定的范围内。砂的湿含量是在105l10下用代表性砂样烘2h的质量损失来测定，以干基的质量百分数表示，应小于02。中国ISO标准砂。中国ISO标准砂完全符合表2-l颗粒分布和湿含量的规定。水泥。当试验水泥从取样至试验要保持24h以上时，应把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。水。试验可用饮用水，仲裁试验或其他重要试验可用蒸馏水。表2-1 ISO基准砂颗粒分布方孔边长（mm）累计筛余（%）方孔边长（mm）累计筛余（%）2.000.56751.6750.168751.03350.08991五、试验步骤(一)试体成型将试模擦净，四周模板与底板接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。内壁均匀刷一薄层机油。胶砂的质量配合比应为l份水泥、3份标准砂和0.5份水(水灰比为0.50)。一锅胶砂成型3条试体，每锅材料需要量如表2-2先使搅拌机处于待工作状态，然后再按以下的程序进行操作。把量好的水(精确lml)加入锅里，再加入称好的水泥(精确1g)，把锅放在固定架上，上升至固定位置。然后立即开动搅拌机，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀地将砂子加入(当各级砂是分装时，从最粗粒级开始，依次将所需的每级砂量加完)。把机器转至高速再拌30s，停拌90s，在第1个15s内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间，在高速下继续搅拌60s。各个搅拌阶段时间误差应在ls以内。表2-2 每锅胶砂的材料量 材料量水泥品种水泥（g）标准砂（g）水（g）硅酸盐水泥4502135052251普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥 胶砂制备后应立即进行成型。预先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锅里将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个锅里约放300g胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，再振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。移走模套，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90度的角度架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹乎。最后在试模上标记。若使用代用设备振动台时，操作如下：在搅拌胶砂的同时将试模和下科漏斗卡紧在振动台的中心。将搅拌好的全部胶砂均匀地装入下料漏斗中，起动振动台，胶砂通过漏斗流入试模，振动(1205)s停车，振动完毕，取下试模，用刮平尺刮去高出试模的胶砂并抹平(方法同上)，最后在试模上标记。(二)试体养护1脱模前的养护将试模放入标准养护箱养护，一直养护到规定的脱模时间时取出脱模。脱模前，用防水墨汁或颜料笔对试体进行编号，对两个龄期以上的试体，在编号时应将同一试模中的3条试体分在二个以上龄期内。2脱模对于24h龄期的，应在破型试验前20min内脱模；对于24h以上龄期的，应在成型后20h24h之间脱模。脱模应小心，以免损伤试体。对于己确定作为24h龄期试验的已脱模试体，应用湿布覆益至做试验时为止。3水中养护将编号的试体立即水平放在(201)水中养护，放置时刮平面应朝上。试体之间间隔和试体上表面的水深不得小于5mm。注意：试体放置的算子不宜用木料制成，每个养护池只养护同类型的水泥试体，不允许在养护期间换水水量不够时可加水至恒定水位。(三)强度试验各龄期的试体必须按表2-3规定时间内进行强度试验。试体从水中取出后，在强度试验前应用湿布覆盖。抗折强度测定：擦去试体表面的附着水分和砂粒，清除夹具上圆柱表面杂物将试体一个侧面放在抗折仪的支撑圆柱上，通过加荷圆柱以(5010)N/s的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。记录抗折强度值(记录至01MPa)。表2-3 各龄期强度测定时间的规定龄期时间龄期时间24h24h15min7d7d2h48h48h30min28d28d8h72h72h45min 抗压强度测定：抗折试验后的两个断块应立即进行抗压试验。抗压试验须用抗压夹具进行。半截棱柱体中心与压力机压板受压中心差应在0.5mm内，整个加荷过程中应以(2400200)N/s的速率均匀地加荷直至破坏，记录破坏荷载值(记录至1N)。六、数据处理1、数据记录及计算试块尺寸（mm）龄期3d28d试件编号123123抗折强度单值（MPa）平均值（MPa）各单值与平均值之相对误差计算及要求代表值（MPa）抗压强度受压面积（mm2）破坏荷载（kN）抗压强度（MPa）平均值（MPa）各单值与平均值之相对误差计算及要求代表值（MPa）备注2、数据计算1）抗折强度计算： 式中 Rf抗折强度，MPa； Ff破坏荷载，N； L支撑圆柱中心距，mm； b 棱柱体正方形边长，mm。 抗折强度计算结果精确到0.1 MPa。抗折强度结果以三条试体平均值为准。当三个强度值中有一个超过平均值的10时应予以剔除，以其余两个数值平均值作为抗折强度结果。2）抗压强度计算 式中 Rc抗压强度，MPa；， Fc破坏荷载，N； A受压面积，mm2(40mm40mm=1600mm2)。 抗压强度计算结果精确到0.1 MPa，以一组三个棱柱体上得到的六个抗压强度测定值的算术平均值为试验结果。如六个测定值中有一个超出六个平均值的10，就应剔除这个结果，而以剩下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值土10的，则此组结果作废，必须重做试验。 3、结果与评定水泥品种强度等级依据标准名称GB 175-2007通用硅酸盐水泥 龄期（d）3d28d要求值实测值要求值实测值抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）结果评定 按GB 175-2007通用硅酸盐水泥第7章“技术要求”第7.3.3条“强度”的规定，评定所测试水泥强度等级是否合格。