水泥实验指导书

胶凝材料学试验

水泥性质（验证性实验）

一、实验意义和目的

水泥呈粉末状，与水混合后，经过物理化学反应过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体，所以水泥是一种良好的矿物胶凝材料。鉴于水泥在工程中的广泛利用，掌握各种水泥的性质具有重要意义。本实验方法适用于通用硅酸盐水泥。

本实验的目的，使学生了解通用硅酸盐水泥的国家标准（GB175－2007），学会水泥品质检验的操作方法及强度试件的制作，掌握水泥品质各技术指标的实际工程意义。

二、实验原理

水泥的性质包括细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性和水泥胶砂强度等方面。

标准稠度用水量是1克水泥达到标准稠度状态时的加水量。

体积安定性不良是指在水泥已经硬化后，产生不均匀体积变化的现象。体积安定性不良，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多。或由于熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多造成的。国家标准规定，用沸煮法检验水泥的安定性。沸煮法起加速氧化钙熟化的作用，所以只能检查游离氧化钙所引起的水泥安定性不良。而游离氧化镁在蒸压下才加速熟化，石膏的危害则需长期在常温水中才能发现，两者均不便于快速检验。所以，国家标准规定水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0％，水泥中的三氧化硫含量不超过3.5％，以控制水泥的体积安定性。

水泥的强度是水泥的重要指标。根据国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175－2007）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671－1999）的规定，水泥和标准砂按照1：3混合，用0.5的水灰比，按规定的方法制成试件，在标准温度（20±1℃）的水中养护，测定3d和28d的强度。根据测定结果，将硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等六个等级；普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。

三、试验内容：

提供一份矿渣硅酸盐水泥，要求同学对其标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性、强度和细度进行检验，根据试验结果判断所检项目是否符合国家标准。

四、实验装置

标准稠度测定仪、水泥净浆搅拌机、湿汽养护箱、沸煮箱、胶砂振实台、抗折强度试验机、抗压试验机、抗压夹具、天平等。

图1水泥标准稠度测定仪图2 沸煮箱

图3水泥净浆搅拌机图4水泥胶砂振实台

图5抗折强度试验机图6抗压试验机

五、实验方法和步骤

（一）标准稠度用水量试验（不变水量法）

1、标准稠度用水量可用调整水量和不变水量两种方法的任一种测定，如发生争议时以调整水量方法为准。

2、试验前须检查：仪器的金属棒应能自由滑动;试锥降至模顶面位置时指针应对准标尺零点;搅拌机应运转正常。

3、水泥净浆拌和前，搅拌锅和搅拌叶片先用湿棉布擦过，将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5-10秒内小心将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出；拌和时，先将搅拌锅

放到搅拌机锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停15s，接着高速搅拌120s 停机。采用不变水量方法时拌和水量用142.5ml水，水量精确至0.5ml。

4、拌和结束后，立即将拌好的净浆装入锥模内，用小刀插捣，振动数次，刮去多余净浆，抹平后迅速放到试锥下面固定位置上，将试锥降至净浆表面拧紧螺丝，然后突然放松，让试锥自由沉入净浆中，到试锥停止下沉时记录试锥下沉深度。整个操作应在搅拌后1.5min 内完成。

５、用不变水量方法测量时，根据测得的试锥下沉深度S (mm)按下式(或仪器上对应标尺) 计算得到标准稠度用水量P(%)。P=33.4－0.185S

注：当试锥下沉深度小于13mm时，应改用调整水量方法测定。

6、重新确定加水量500×P(%)再搅拌一锅水泥净浆，测定下沉深度S，S为28±2mm时的净浆为标准稠度水泥净浆。

（二）凝结时间的测定

1测定前，将圆模放在玻璃板上，在内侧稍稍涂上一层机油，调整凝结时间测定仪使试针接触玻璃板时，指针对准标尺零点。

2称取水泥试样500g，以标准稠度用水量按测定标准稠度时制备净浆的方法，制成标准稠度净浆，立即一次装入圆模，振动数次后刮平，然后放入湿汽养护箱内。记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。

3凝结时间的测定：试件在湿汽养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时，从养护箱中取出圆模放到试针下，使试针与净浆面接触，拧紧螺丝1～2s后突然放松，试针垂直自由沉入净浆，观察试针停止下沉时指针读数。当试针沉至距底板3～5mm时，即为水泥达到初凝状态;当下沉不超过1～0.5mm时为水泥达到终凝状态。由加水泥全部加入水中至初凝状态、终凝状态的时间分别为该水泥的初凝时间和终凝时间，用小时(h)和分钟(min)来表示。测定时应注意，在最初测定的操作时应轻轻扶持金属棒，使其徐徐下降以防试针撞弯，但结果以自由下落为准，在整个测试过程中试针贯入的位置至少要距圆模内壁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，到达初凝或终凝状态时应立即重复测一次，当两次结果相同时才能定为到达到初凝或终凝状态。每次测定不得让试针落入原针孔，每次测试完毕须将试针擦净并将圆模放回养护箱内，整个测定过程中要防止圆模受振。

（三）安定性的测定

1、若采用饼法，一个试样需准备两块约100mm×100mm的玻璃板。每个试样需成型两个试件。凡与水泥净浆接触的玻璃板都要稍稍涂上一层油。

2、制备标准稠度水泥净浆。

3、试饼的成型方法

将制好的净浆取出一部分分成两等分，使之成球形，放在预先准备好的玻璃板上，轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹动，做成直径70～80mm、中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼，接着将试饼放入湿气养护箱内养护24±2h。

4、从养护箱内取出试件，脱去玻璃板，当为饼法时先检查试饼是否完整(如已开裂翘曲要检查原因，确证无外因时，该试饼已属不合格不必沸煮)，在试饼无缺陷的情况将试饼放在沸煮箱的篦板上。

5、沸煮

调整好沸煮箱内水位，保证整个沸煮过程都能没过试件，不需中途加水；然后在30±5min 内加热至沸腾并保持3h±5min。

6、结果判别

沸煮结束，即放掉箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别。若为试饼，目测未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格，反之为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。

（四）水泥胶砂强度试验

水泥胶砂强度实验包括试件成型，脱模养护和强度测定三部分内容。

1. 试件成型

(1)将试模擦净，四周模板与底座的接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。内壁均匀刷一薄层机油。

(2)试验采用中国ISO标准砂，中国ISO标准砂可以单级分包装，也可以各级预配合以1350±5g量的塑料袋混合包装。

每锅胶砂可成型三条试体。矿渣硅酸盐水泥每锅胶砂按质量比水泥：标准砂：水=1：3：0.5，用天平称取水泥450±2g、中国ISO标准砂1350±5g，量水器量取225±lmL水。

(3)把水加入搅拌锅，再加入水泥，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加入。把机器转至高速再拌30s。停拌90s，在第一个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后，停机取下搅拌锅。各个搅拌阶段，时间误差应在±ls内。将粘在叶片上的胶砂刮下。

(4)胶砂制备后立即进行成型。将空试模和模套固定在振实台上，用一适当勺子直接从搅拌锅中将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个槽里约放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，接着振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。移走套模，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90°的角度架在试模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢移向另一端，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近乎水平的状况将试体表面抹平。

(5)在试模上作好标记后，立即放入湿汽养护箱或雾室进行养护。

2. 脱模与养护

(1)养护到规定脱模时间取出脱模。脱模前，用防水墨或颜料笔对试体进行编号。两个龄期以上的试体，编号时应将同一试模中的三条试件分在两个以上的龄期内。

(2)脱模应非常小心。对于24h龄期的，应在破型前20min内脱模。对于24h以上龄期的，应在成型后20～24h之间脱模。硬化较慢的水泥允许延期脱模，但须记录脱模时间。

(3)试件脱模后立即水平或垂直放入水槽中养护，养护水温度为20±1℃，试件之间应留有间隙，养护期间试件之间或试体上表面的水深不得小于5mm。每个养护池只养护同类型的水泥试件。

3. 强度测定

不同龄期的试件，应在下列时间里(从水泥加水搅拌开始算起)内进行强度测定。

—24h±15min；

—48h±30min；

—72h±15min；

—7d±2h；

—28d±8h。

3.1 抗折强度测定

(1)每龄期取出三条试件先做抗折强度测定。测定前须擦去试件表面的水分和砂粒。清除夹具上圆柱表面粘着的杂物。试件放入抗折夹具内，应使试件侧面与夹具接触。

（2）启动仪器分别对三条试件进行试验。

(3)抗折强度测定时的加荷速度为50N/s±10N/s。

(4)以一组三个试件测定值的算术平均值作为抗折强度的试验结果(精确至0.lMPa)。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。

3.2 抗压强度测定

(1)抗折强度测定后的两个断块应立即进行抗压强度测定。抗压强度测定须用抗压夹具进行，使试件受压面积为40mm×40mm。测定前应清除试件受压面与加压板间的砂粒或杂物。测定时以试件的侧面作为受压面。

(2)整个加荷过程中以2400N/s±200N/s的速率均匀加荷直至破坏。

(3)抗压按下式计算(计算至0.1MPa)

式中Rc——单个试件抗压强度，MPa；

Fc——破坏时的最大荷载，N；

A——受压部分面积，即40mm×40mm=1600mm2。

(4)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作为抗压强度的试验结果(精确至0.1MPa)。如六个测定值中有一个超出六个平均值士10%，应剔除这个结果，而以剩下五个的平均数为试验结果。如果五个测定值中再有超过它们平均数±10%的，则此组结果作废。

（六）细度测定：（负压筛法）

筛析试验前应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000-6000Pa范围内。

用80微米筛析试验时，称取试样25g,(精确0.01 g)置于洁净的负压筛中，放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻敲击筛盖，使试样落下。筛毕，用天平称量全部筛余物。计算筛余百分数，结果精确至0.1%

五、实验数据记录与处理

水泥品种及标号：_______ 生产厂及出厂日期：_______

试验室温度：___________ 湿度：_________

（一）水泥标准稠度用水量测定（固定用水量）

（三）水泥胶砂强度检验

六、实验结果分析与讨论

１.根据试验数据及国家标准，判定所检水泥为什么强度等级？所检项目是否符合标准？２.水泥的标准稠度用水量是不是检验水泥的必要指标？测定它的目的何在？