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1、学习情境三 水泥凝结时间测定试验 一、基本知识一、基本知识 ? （一）硅酸盐水泥的凝结与硬化 ? （二）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 ? （三）水泥凝结时间测定原理 （一）硅酸盐水泥的凝结与硬化（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化 水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。 凝结时间分为“初凝”和“终凝”，它直接影响工程的施工。然后逐渐产生强度不断提高，最后变成坚硬的石状物水泥石，这一过程称为硬化。 水泥的凝结和硬化是人为划分的，实际上水泥的水化与凝结硬化是一个连续、复杂的物理化学变化过程，水化是凝结硬化的前提，凝结硬化是水化的结果。凝结与硬化是同一
2、过程的不同阶段，但凝结硬化的各阶段是交错进行的，不能截然分开。这些变化决定了水泥石的某些性质，对水泥石的应用有着重要意义。 （一）硅酸盐水泥的凝结与硬化（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化 水泥加水后，水泥颗粒被水包围，熟料矿物颗粒表面立即与水发生化学反应，生成水化产物，并放出一定的能量。硅酸盐水泥与水作用后，生产的主要水化产物有水化硅酸钙，水化铁酸钙凝胶体，氢氧化钙，水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。 水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小
3、，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。 （一）硅酸盐水泥的凝结与硬化（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化 由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。 当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿
4、物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。 （一）硅酸盐水泥的凝结与硬化（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化 随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。 随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。 实际上，水泥
5、的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。 （二）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主（二）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素要因素 ? 1.熟料矿物组成的影响 ? 2.水泥细度的影响 ? 3.拌合用水量的影响 ? 4.养护湿度、温度的影响 ? 5.养护龄期的影响 ? 6.储存条件的影响 （三）水泥凝结时间测定原理（三）水泥凝结时间测定原理 水泥从加水开始到失去其流动性 ，即从液体状态发展到较致密的固体状态的过程称为水泥的凝结过程。这个过程所需要的时间称为凝结时间。 凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和
6、至 标准稠度的净浆完全失去可塑性所需的时间。终凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆 完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 （三）水泥凝结时间测定原理（三）水泥凝结时间测定原理 ? 国家标准规定，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定，以 试针沉入水泥标准稠度净浆 至一定深度所需的时间表示。 ? 硅酸盐水泥初凝不小于 45min，终凝不大于 390min；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和 复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。 二、试验准备工作二、试验准备工作 1.仪器设备仪器设备
7、? （1）水泥净浆搅拌机： ? （2）标准法维卡仪 ? （3）试模 ? （4）平板玻璃 ? （5）量水器 ? （6）天平 ? （7）湿气养护箱 （1）水泥净浆搅拌机 （2）标准法维卡仪：用 试针取代试杆 玻 璃 板试 模初凝时间测定用立式试模的侧视图 （试针） 终凝时间测定用反转试模的前视图 初凝用试针 1 （ 排 气 孔 ）终凝用试针 下部加圆形附件 2.仪器设备准备仪器设备准备 ? 调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，指针对准零点。 3.试件的制备试件的制备 ? 以标准稠度用水量 制成标准稠度净浆 一次装满试模，振动数次刮平，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
8、起始时间。 三、试验过程三、试验过程 1.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，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝 1s2s后，突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净降。观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数。 2.终凝时间的测定终凝时间的测定 ? 为了准确观测试针沉入的状况，在终凝针上安装了一个环形附件。在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转 180o，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护，临近终凝时间时每隔 15min测定一次。 3.测定时应注意
9、测定时应注意 ? 在最初测定的操作时应轻轻扶持金属柱，使其徐徐下降，以防止试针撞弯，但结果以自由下落为准； ? 试针沉入的位置至少要距试模内壁 10mm。 ? 临近初凝时，每隔 5min测定一次，临近终凝时每隔15min测定一次，到达初凝或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初凝或终凝状态。每次测定不能让试针落入原针孔，每次测试完毕须将试针擦净并将试模放回湿气养护箱内，整个测试过程要防止试模受振。 四、试验结果计算及处理四、试验结果计算及处理 1.初凝时间的测定 ? 当试针沉至距底板 4mm1mm时，为水泥达到初凝状态；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“m
10、in”表示。 2.终凝时间的测定终凝时间的测定 ? 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，由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的终凝时间，用“ min”表示。 五、硅酸盐水泥的凝结硬化过程五、硅酸盐水泥的凝结硬化过程 ? 水化早期，大约是加水搅拌到初凝为止，水泥颗粒表面迅速发生水化，这一阶段，水泥浆既有可塑性又有流动性。 ? 水化中期 ，约有 30%的水泥已经水化，以水化硅酸钙、低硫型水化硫铝酸钙和钙矾石的快速形成为特征，水泥石逐步发挥出强度。 ? 水化后期，大约是1天以后直到水化结束，水泥水化反应逐渐趋缓，水化产物逐渐填满原来由水占据
11、的空间，水泥石不断致密，强度增加。 ? 分别相当于一般水泥在 20温度环境中水化3h、20h30h 以及更长时间 影响凝结硬化的主要因素影响凝结硬化的主要因素 1、熟料矿物的组成 ? 矿物组成比例不同，对水泥性质的影响也不同，。例如 C3S含量高的水泥早期强度高， C2S含量高的水泥后期强度高。 2、水泥细度 ? 颗粒越细，凝结硬化速度越快，早期强度越高。过细的水泥，达到相同稠度时的用水量增加 ，硬化时产生 较大的体积收缩和孔隙 ，致使水泥石强度降低。 3、拌和用水量 拌合用水量越多，水泥石中毛细孔就越多，水泥强度越低，即水灰比越大，水泥强度越低。 4、养护湿度、温度 提高养护温度，可加快水化
12、反应，提高水泥的早期强度。温度降低，水化减慢甚至停止。另外，环境湿度大，有利于水泥强度的增长。 5、养护龄期 养护龄期越长，水泥石越致密。 6、储存条件 水泥在潮湿的环境里，容易受潮结块，强度降低；干燥环境中，因为水泥会与空气中的二氧化碳和水发生缓慢碳化反应，使强度降低。通常，水泥的储存期不应超过三个月。 六、掺混合料的水泥的凝结硬化六、掺混合料的水泥的凝结硬化 定义：激发剂能激发混合材料活性的物质。 如：氢氧化钙为碱性激发剂，石膏为硫酸盐激发剂。 水泥+水 熟料水化反应 混合材料水化作用 激发剂：氢氧化钙 前期 后期 ?活性混合材料水化较水泥熟料慢，其温度敏感性高，低温下反应缓慢，高温下水化速率加快，适合于高温湿热条件下养护。
