见证取样水泥-建材检测剖析

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1、水泥 省建研院 省检测中心 u执行标准 u水泥的定义 u水泥的分类 u水泥的生产 u水泥的水化过程及特性 u影响常用水泥性能的因素 u水泥主要技术指标及检测方法 省建研院 省检测中心 执行标准： u通用硅酸盐水泥（GB175-2007） u水泥细度检验方法 筛析法（GB/T1345-2005 ） u水泥比表面积测定方法 勃氏法（GB/T8074- 2008） u水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验 方法（GB/T1346-2011） u水泥胶砂强度检验方法（ISO法）（ GB/T17671-1999） u水泥胶砂流动度测定方法（GB/T2419-2005 ） 省建研院 省检测中心 其中水泥

2、标准稠度用水量、凝结时间、安定性检 验方法（GB/T1346-2011）为2011年7月20日发布， 2012年3月01日起实施 胶凝材料：在建筑工程中，能以自身的物理 化学性能将松散的材料（如砂、石）胶结成为具 有一定强度的整体结构的材料的统称。 胶凝材料的的分类： 省建研院 省检测中心 无机胶凝材料 有机胶凝材料 气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料 只能在空气中硬化（如石灰 、石膏） 既能在水中又能在空气中硬 化（如水泥） 水泥的定义： 水泥是指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂 、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水 硬性胶凝材料。 水泥是制造各种形式的混凝土、钢筋混凝土 和预应力混凝土构筑

3、物的最基本的组成材料。 省建研院 省检测中心 水泥的分类 水泥分类方法有很多种 按照化学成分可分为：硫酸盐、铝酸盐、硫 铝酸盐等各种系列水泥，本内容主要介绍硅酸盐 系列水泥。 按照用途可分为：通用水泥、专用水泥和特 种水泥。 省建研院 省检测中心 硅酸盐水泥： 凡是以适当成分的生料烧结至部分熔融，所 得以硅酸钙为主的水泥熟料，掺入适当石膏、石 灰石或高炉矿渣磨制成的水硬性胶凝材料，又称 波特兰水泥 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 水泥的生产 常用水泥的生产有两大步骤： 省建研院 省检测中心 硅酸盐水泥熟料的烧成 硅酸盐水泥的磨制 1水泥熟料的烧成 硅酸盐水泥熟料的原材料主要是提供C

4、aO的 石灰质材料，及提供SiO2、Al2O3、和少量的Fe2O3 的粘土质原料。此外，有时还配入铁矿粉等辅助 原料。 按照一定比例混合后在磨机中磨细，制成生 料。 将生料入窑进行煅烧，烧制成黑色球状的水 泥熟料。 省建研院 省检测中心 （即生料的粉磨） （即熟料的烧制） 省建研院 省检测中心 水泥生料煅烧回转窑 14501500C 硅酸盐水泥熟料是由四种矿物组成： 硅酸三钙（3CaOSiO2,简写为C3S），含量36- 60% 硅酸二钙（2CaOSiO2,简写为C2S），含量15-37% 铝酸三钙（3CaOAl2O3,简写为C3A），含量7- 15% 铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3

5、，简写为C4AF ），含量10-18% 前两种为硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成。 省建研院 省检测中心 2水泥的磨制 磨制水泥成品时的原材料包括水泥熟料、石 膏和混合材料。其中混合材料分为活性和非活性 两种 活性混合材主要活性成分是活性氧化硅和活 性氧化铝，常见如粉煤灰、高炉矿渣等。 非活性混合材主要作用是起到调节水泥性质 ，降低水化热，降低强度等级和增加产量的作用 。 省建研院 省检测中心 起缓凝作用，过多引起安定性不 良， 省建研院 省检测中心 水泥颗粒宏观形貌 水泥熟料颗粒细观形貌 水泥熟料矿物微观结构 把水泥熟料、石膏和不同种类、数量的混合材 料，混合在一起磨细，即可制成常用6种硅酸盐水

6、 泥产品。 省建研院 省检测中心 水泥品种混合材种类混合材掺量 硅酸盐水 泥 P 石灰石或高炉矿渣 0 P小于5% 普通硅酸盐水泥混合材料6-20% 矿渣硅酸盐水泥高炉矿渣20-70% 火山灰质硅酸盐水泥火山灰质混合材20-40% 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰20-40% 复合硅酸盐水泥由两种或以上混合材20-50% （成品的磨细） 综上所述，常用水泥的生产步骤也可以概括为 “两磨一烧”，及生料的粉磨、熟料的烧制和熟料 的磨细。 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 水泥水化过程及特性 以硅酸盐水泥为例： 硅酸盐水泥中混合材掺量较低，因此其主要 性质由水泥熟料所决定。 省建研院 省检测中心 1

7、）水化凝结硬化快、强度高，尤其是早期强度高。 硅酸盐水泥熟料中各矿物组成水化反应过程： 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 性能指标 熟料矿物 C3SC2SC3AC4AF 水化凝结硬 化速率 快慢最快中 28d水化热多少最多中 强 度 早期高低低低 后期高高低低 省建研院 省检测中心 水泥的水化过程： 当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解 进入溶液中，液相被各种离子饱和； 几分钟内，Ca2、SO4 、 Al3 、 OH离子间 反应，形成钙钒石； 几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H 开始填充原来由水占

8、据并溶解熟料矿物的空间； 几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单 硫型硫铝酸钙水化物开始形成。 此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。 3d28d 时间（d） 强度（ MPa） 水泥强度发展规律 早期增长快，随后逐渐减慢； 28天，基本达到极限强度的80以上； 在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续 几十天 乃至几十年。 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 水化反应继续，膜层增 厚并互相连接，浆体失 去流动性，产生“初凝” 加水拌和后，分散在 水中，并发生水化反应 形成水化物膜层。既有 可塑性与流动性 继续至完全失

9、去可塑性， 并开始产生结构强度，即 “终凝” 水化产物填充毛细孔 隙，水泥浆体逐渐变 为具有一定强度的水 泥石结构，即“硬化” 硅酸盐水泥凝结硬化过程：初始反应期（诱导前期）、 潜伏期（诱导期）、凝结期、硬化期 省建研院 省检测中心 硬化水泥浆体水泥石的组成与结构 固相水泥水化物与未水化的水泥颗粒 u胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等； u晶体相：硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙 晶体等； 气相各种尺寸的孔隙与空隙 u凝胶孔 u毛细孔 u工艺空隙 液相水或孔溶液 u自由水 u吸附水 u凝胶水 水泥石的组成随水泥 水化度而变 2）水化热大 水泥的水化反应为放热反应，水化过程的热 量

10、称为水泥的水化热。硅酸盐水泥中C3S和C3A的 含量高。故硅酸盐水泥不适宜用于大体积。 3）耐腐蚀性差 硅酸盐水泥熟料含量高，所以水化产物中氢 氧化钙和水化铝酸钙较多，由于氢氧化钙能够同 时与酸碱盐类发生反应，造成水泥石中碱度下降 ，水化产物在长期的腐蚀环境作用下会不断分解 或被溶解，导致胶结能力降低，强度下降。 省建研院 省检测中心 4）抗冻性好，干缩小 硅酸盐水泥中混合材料含量极少，同强度下 所需水灰比小，所以硅酸盐水泥硬化水泥石致密 ，抗冻性优于其他常用水泥。 5）耐热性差 硅酸盐水泥硬化水泥石的主要产物在高温下 会发生脱水和分解，使结构遭到破坏。所以耐高 温性能差。 省建研院 省检测中

11、心 其他几种硅酸盐类水泥的熟料与混合材的掺 量与种类不同，因此水化特性也会由所区别，见 下表： 省建研院 省检测中心 品种普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥 特性凝结硬化块 早期强度高 水化热较大 抗冻性较好 干缩性较小 耐蚀性较差 耐蚀性较好 凝结硬化慢 早强低，后期强 度增长较快 水化热低 抗冻性差 干缩较大 耐蚀性较好 耐热性好 泌水性大 凝结硬化慢 早强低，后期强 度增长较快 水化热低 抗冻性差 干缩较大 耐蚀性较好 耐热性较好 抗渗性好 凝结硬化慢 早强低，后期强 度增长较快 水化热低 抗冻性差 干缩性较小，抗 裂性较好 耐蚀性较好 耐热性较好 与所掺两种或以 上混合材料

12、的种类、掺 量有关，其 特性基本上 与矿渣水泥 、火山灰水 泥、粉煤灰 水泥的特性 相似 影响常用水泥性能的因素 1 水泥组成成分的影响 水泥的组成成分及比例是影响水泥性能的最 主要因素。一般来讲，增加混合材掺量，使水泥 的抗侵蚀性提高，水化热降低，但早期强度降低 ；水泥中提高熟料掺量，将使水泥的凝结硬化加 快，早期强度高，水化热也大。 省建研院 省检测中心 2 水泥细度的影响 水泥颗粒越细，总表面积增加，水化迅速， 凝结硬化也相应增快，早期强度也高，但是会增 加磨细的能耗和提高成本，水化热增大，会产生 较大收缩。 省建研院 省建研院 省检测中心 3 养护条件的影响 水泥是水硬性胶凝材料，所以

13、其水化、凝结 硬化过程中必须有足够的水分，养护期间注意保 持潮湿状态，若缺少水分，不仅会导致水泥水化 停止，甚至会产生裂缝。 温度升高，水泥水化加快。若温度较低，虽 然强度发展较慢，但仍可获得较高的最终强度， 但在0以下，水泥的水化会停止。 省建研院 省建研院 省检测中心 4 龄期的影响 水泥的强度随着龄期增长而增加，当超过 28d后发展速度显著减慢。 5 拌和用水量的影响 水泥用量不变的情况下，增加拌和用水量， 会增加硬化水泥石中的毛细孔，使强度下降，另 外还会增加水泥的凝结时间。 省建研院 省建研院 省检测中心 6 贮存条件的影响 贮存不当会使水泥受潮，颗粒表面发生水化 而结块，严重降低强

14、度。水泥的有效贮存期为3个 月。 省建研院 省建研院 省检测中心 省建研院 省建研院 省检测中心 问题：为什么需要规定水泥的细度？ 解答： 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。 水泥主要技术指标及检测方法 省建研院 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 硅酸盐水泥的化学性质 水泥中有害物质的控

15、制，若超出最大限量， 会对水泥的性能和质量产生影响。 氧化镁：不大于5% 三氧化硫：不大于3.5% 烧失量：不大于3.0%，不大于5.0% 不溶物：不大于0.75%，不大于1.5% 氯离子：不大于0.06% 省建研院 产生体积安定性不良 省建研院 省检测中心 硅酸盐水泥主要物理性能指标 细度； 凝结时间； 标准稠度用水量； 体积安定性； 强度及强度等级。 省建研院 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 硅酸盐水泥检测环境要求 水泥试验室温度（202），湿度不低于 50%； 水泥养护箱温度（201），湿度不低于 90%； 养护池水温（201）。 省建研院 混凝土养护室的温度（202）， 湿

16、度不低于95%； 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 细度 检测原理 细度是指水泥颗粒的粗细程度，对水泥的凝 结时间、强度、需水量和安定性有较大的影响， 是鉴定水泥品质的主要项目之一。 省建研院 省检测中心 省建研院 省检测中心 水泥细度越细，水泥凝结硬化越快，早期强 度高，过细则干缩性大，容易产生裂纹，并且需 水量以及水化热都会增大。 省建研院 省建研院 省检测中心 检测方法 水泥细度的检验按照国标水泥细度检验方 法 筛析法（GB/T13452005）的规定进行， 水泥细度筛析法分为负压筛法、水筛法和手工干 筛法三种，常用的是负压筛法。 省建研院 省建研院 省检测中心 主要检测仪器设备 检测筛： 由圆形筛框和筛网组成，分负压筛、水筛和 手工筛三种。负压筛应附有透明筛盖，筛盖与盖 上口应有良好的密封性。 筛孔径采用45m方孔筛和80m方孔筛。 天平： 最大称量为100g，分度值不大于0.01g。