硅酸盐水泥的技术性质.doc

硅酸盐水泥的技术性质
国标GB175-1999，对硅酸盐水泥的主要技术性质作出下列规定：
细度：细度是指水泥颗粒的粗细程度，是鉴定水泥品质的主要项目之一。水泥细度通常采用筛析法或比表面积法测定，硅酸盐水泥的比表面积不小于300m2/kg。
凝结时间：凝结时间是指水泥从加水开始，到水泥浆失去塑性的时间。分初凝时间和终凝时间，初凝时间是指从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间，终凝时间是指从水泥加水到水泥浆完全失去塑性的时间。硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min终凝时间不得迟于6.5h。凡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。水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度条件下，用凝结时间测定仪测定。所谓标准稠度用水量是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合用水量，以占水泥重量的百分率表示。水泥的凝结时间对水泥混凝土和砂浆的施工有重要的意义。初凝时间不宜过短，以便有足够的时间来完成混凝土和砂浆的运输、浇捣或砌筑等操作；终凝时间不宜过长，使混凝土和砂浆在浇捣或砌筑完毕后能尽快凝结硬化，以利于下一道工序的及早进行。
安定性：指水泥浆体硬化后体积变化的均匀性。若水泥硬化后体积变化不稳定、均匀，会导致混凝土产生膨胀破坏，造成严重的工程质量事故。因此，国标水泥安定性不合格应作废品处理，不得用于任何工程中。水泥中由于熟料煅烧不完全而存在游离CaO与MgO，由于是高温生成因此水化活性小在水泥硬化后水化，产生体积膨胀；生产水泥时加入过多的石膏，在水泥硬化后还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙，产生体积膨胀。这三种物质使得硬化水泥石产生弯曲、裂缝甚至粉碎性破坏。国家标准规定通用水泥用沸煮法检验游离CaO安定性；游离MgO的水化比游离CaO更缓慢，沸煮法已不能检验，国家标准规定通用水泥MgO含量不得超过5%；由石膏造成的安定性不良需经长期浸在常温水中才能发现，所以国标规定硅酸盐水泥中的SO3含量不得超过3.5%。
硅酸盐水泥的凝结硬化过程
水泥的凝结硬化过程可分为：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期。
初始反应期：水泥与水接触后的5～10min内放热速率剧增，可达此阶段的最大值然后又降至很低。硅酸三钙开始水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙，氢氧化钙溶于水中，钙离子浓度急剧增大，当达到过饱和时呈结晶析出。同时水泥熟料颗粒表面的铝酸三钙也与已溶解的石膏反应，生成钙矾石附着在颗粒表面，在这个阶段中，水化的水泥只是极少的一部分。
潜伏期：初始反应期后的相当长一段时间（约1～2h）放热速率很低，水泥水化缓慢。这是由于水泥颗粒表面覆盖了一层以水化硅酸钙凝胶为主的渗透膜层，阻碍了水泥颗粒与水的接触。水泥水化产物数量不多，水泥颗粒仍呈分散状态，水泥浆保持塑性。
凝结、硬化期：由于渗透压的作用，水泥颗粒表面的膜层破裂，水泥继续水化，放热速率又开始增大，6h内可增至最大值，然后又缓慢下降。水化产物不断增加并填充水泥颗粒之间的空间，接触点增多形成了由分子力结合的凝聚结构，水泥浆体逐渐失去塑性，这一过程称为水泥的凝结。然后，放热速率缓慢下降，24h后，放热速率已降到一个很低值，此时，水泥水化仍在继续进行，水化铁铝酸钙形成；由于石膏的耗尽高硫型水化硫铝酸钙转变为低硫型水化硫铝酸钙，水化硅酸钙凝胶形成纤维状。在这一过程中，水化产物越来越多，它们更进一步地填充孔隙且彼此间的结合亦更加紧密，使得水泥浆体产生强度，这一过程称为水泥的硬化。硬化期是一个相当长的时间过程，在适当的养护条件下，水泥硬化可以持续很长时间甚至几十年后强度还会继续增长。
水泥石强度发展的一般规律是：3～7天内强度增长最快，28天内强度增长较快，超过28天后强度将继续发展但增长较慢。
硅酸盐水泥的水化
水泥加水后最初形成具有可塑性的浆体（水泥净浆），随着水化反应的进行逐渐变稠失去塑性，这一过程称为凝结。随着水化反应的继续，浆体逐渐变为具有一定强度的坚硬的固体水泥石，这一过程称为硬化。水化是水泥产生凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水泥水化的必然结果。硅酸盐水泥与水拌合后，其熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成水化产物。

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥
《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999规定凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加石灰石和粒化高炉矿渣的称I型硅酸盐水泥，代号PI；在粉磨时掺加不超过水泥重量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称II型硅酸盐水泥，代号PII。
凡由硅酸盐水泥熟料再加入6%～15%混合材料及适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），活性混合材料的最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥重量5%的窑灰或不超过水泥重量10%的非活性混合材料来代替，掺非活性混合材料时最大掺入量不得超过水泥重量的10%。表3-4 普通硅酸盐水泥各强度等级、各龄期强度值（GB175-1999） 上述定义可知，普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的差别仅在于其中含有少量混合材料，而绝大部分仍是硅酸盐水泥熟料，故其特性与硅酸盐水泥基本相同；由于掺入少量混合材料，因此与同标号硅酸盐水泥相比，普通硅酸盐水泥早期硬化速度稍慢、3天强度稍低、抗冻性稍差、水化热稍小、耐蚀性稍好。普通硅酸盐水泥对细度的要求为80μm方孔筛筛余不得超过10%，终凝时间不得迟于10h，其余技术性质要求同硅酸盐水泥。
　1 试验原理
　　(1)取水为142.5ml，放人水泥净浆搅拌锅内，再加人500 g水泥，按《水泥标准稠度用水量凝结时间安定性测定方法》(GT31346-2001)的方法进行拌合。
　　(2)测定试锥下沉深度S。若下沉深度S在(28土2)mm范围内，此时的用水量就是标准稠度用水量W,;若下沉深度S不在(28士2)mm范围内，应根据公式P=33.4-0.185S计算出此稠度用水量P1。用此稠度用水量P1×500，就可得出标准稠度用水量W1。
　　(3)称取外加剂推荐量。500g 水泥，加水与W,相同，拌合若先掺外加剂应与水泥一同加人;若采用滞水法，外加剂滞后于水，1-3 min加人。再按《水泥标准稠度用水量凝结时间安定性测定方法》(GT31346-2001)的方法进行拌合。
　　(4)拌完后测定试锥下沉深度S2，计算出P2o

　　3 现场试验
　　3.1 采用快测法
　　(1)试验所需:水泥净浆搅拌机一台、试锥及锥模、标准稠度检测仪、100 ml和50 ml量筒各一支(精确1%，最小刻度0.1 ml)、小刀一把、搅拌锅一只、天平(能准确称量至1 g).
　　(2)具体试 验步骤:①称取巨龙P.04 2.5水泥500 g，按《水泥标准稠度用水量凝结时间安定性测定方法》(GT31346-2001)的方法，标准稠度用水量为140.0 ml(当时试验温度为20 9C)，此时，试锥下沉深度为29 mm，则P=33.4-0.185×29=28.0%.②根据产品说明可知徐州宜扬建材厂生产的YN-1外加剂的推荐掺量为2.0%,减水率约在20%左右。为了较准的测出外加剂的减水率，选用标准稠度用水量为140 ml，在此基础上扣除15%的水，即140×l5% =21。采用先掺法，因此需称取外加剂YN-1 500×2.0%=10.0g，用100 ml和50 ml的量桶量取水119 ml，先将外加剂倒人搅拌锅中，为了减少误差将水倒人盛外加剂的器皿中，把外加剂清洗干净，一并倒人搅拌锅中，接着加人500 g的巨龙P.0 42.5水泥，将搅拌锅放到搅拌机上开始搅拌。搅拌完毕，测得此时试锥下沉得深度为34 mm。即P=33.4-0.185×34=27.11%,即可得扣水后的减水率为(28.0 -27.11)/283.2%，实际测定的外加剂减水率为18.2%,(15%+3.2%=18.2%)。按此减水率，巨龙P.0 42.5级水泥的实际用水量为W=140×(100-18.2%)=114.5 ml.③验证，再称取巨龙P.0 42.5级水泥500 g，量取水114.5 g，称取10.0 g的外加剂YN-1，按《水泥标准稠度用水量凝结时间安定性测定方法》(GT31346-2001)的方法，测得此时的试锥下沉深度为28 mm，可知该外加剂YN-1的实际减水率即为:WR=(140-114.5)/140×100%=18.2% 。
　　3.2 采用国家标准的方法测外加剂的减水率
　　(1)试验所需:JYT-50A架盘药物天平，最大秤量5 000 g，分度值1 gTGT-100型磅秤，最大秤量200 kg，分度值50 g;HJW-60型单卧轴强制式混凝土搅拌机坍落度桶、捣棒、量桶、抹刀、铁锹等。
　　(2)试验原材料:①水泥:江苏巨龙水泥集团有限公司生产P.0 32.5级水泥。R28=37:0 MPa;密度p,=3 100 kg/m3;安定性，初、终凝时间合格;氧化镁含量、三氧化硫含量、烧失量、混合材掺人量等均符合国家标准。②砂:江苏徐州沂河中砂，细度模数:2.8;含泥量:1.8%;泥块含量:0.5%;表观密度p,=2 650 kg/m''.③石子:江苏徐州汉王碎石，采用531.5 mm连续级配;含泥量:0.1%;泥块含量:0.1%;压碎指标值:68%;针片状颗粒总含量:3.7%;表观密度p,-2 700 kg/M3.④外加剂:采用徐州宜杨建材厂生产的YN-1高效减水剂。其主要成份是P-蔡磺酸钠盐甲醛缩合物，掺量为水泥质量的2.0%，含固量为38%.
　　(3) 选用配合比(设计强度等级为C25)，如表1所示。
表1　材料配合比
水泥　
河砂　
碎石　
水　
外加剂
395　
591
1 206
205
YN-1高效减水剂
　　(4)试验步骤:①按照国标的方法，试拌25L。称取以上设计配合比所用的原材料，其加料顺序为砂子(14.85 kg)-水泥(9.87 kg)-碎石(30.15 kg)斗水(5.12 kg)。将其放到混凝土搅拌机中搅拌120s后，放出拌合物，再次用铁锹拌合均匀，分三次装人坍落度筒，且每次均匀插到25次，然后抹平清除坍落度筒底板边的拌合物，再匀速垂直地提升坍落度筒(5-10s内完成)。从开始装料到提坍落度筒的整个过程应不间断的进行，并应在150s内完成。最后测得坍落度为90 mm }②在上述配合比基础之上，掺人水泥质量2.0%的YN-1外加剂，重复以上试验，其中外加剂与水一并加人，考虑到外加剂的减水率，扣除一部分的水，根据试验一的结论得知，YN-1的减水率为18.2%。所以在加水过程中扣除5.12x 18.2 %=0.932 (kg).即应加水5:12-0.932=4.188 (kg)。最后实际测得拌合物的坍落度为T=80 mm，两者相差甚小。
　　4 结果与体会
　　(1)试验一与试验二结果基本相符，试验一得以验证。说明用水泥标准稠度用水量的方法快速测定混凝土外加剂减水率切实可行。
　　(2)国标的方法检测混凝土外加剂减水率十分麻烦，费工费料。快测外加剂的方法，主要做水泥的准稠度用水量，简单易行，同时大大减少了劳动强度。
　　(3)用水泥标准稠度用水量的方法快速测定混凝土外加剂减水率的方法，通过大家的共同实践，可以推荐作为国家标准的一部分。