第二节 水硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料是指能与水发生化学反应凝结和硬化,且在潮湿环境和水下也能够凝结和硬化并保持和发展其强度的胶凝材料。水泥是一种典型的水硬性胶凝材料。
一、水泥的基本知识
(一)水泥的定义、用途及分类
1.水泥的定义
凡细磨材料,加水拌和后可以成为可塑性浆体,经过物理化学反应过程可形成坚固的石状体,既能在空气中硬化,又能在水中硬化的水硬性胶凝材料统称为水泥。
2.水泥的用途
在19世纪初期,人们用人工配合的石灰石和黏土为原料,再经煅烧、磨细成为制造水硬性胶凝材料的方法。1824年,英国人阿斯普丁将石灰石和黏土配合烧制成块,再经磨细制成水硬性胶凝材料,发明了“波特兰水泥”。从此,水泥成为各类工程建设中最主要的水硬性胶凝材料。
水泥属于无机水硬性胶凝材料,不仅可用于干燥环境中的工程,而且也可以用于潮湿环境及水中的工程,在建筑住宅、市政工程、公路交通、水利电力、能源矿山、国防建设、港口工程、航空航天、农业等基础设施的各类工程建设中。
3.水泥的分类
(1)按水泥用途和性能不同分类 按水泥用途和性能不同,可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥3大类,专用水泥和特性水泥在工程中习惯统称为特种水泥。水泥按用途和性能不同分类见表2-5。
表2-5 按水泥用途和性能不同分类
(2)按水泥的矿物组成不同分类 按水泥的矿物组成不同,可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、铁铝酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥、以火山灰或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥等。水泥按主要矿物组成物质不同分类见表2-6。
表2-6 水泥按主要矿物组成物质不同分类
(二)水泥生产原材料及主要化学组成
1.水泥生产原材料
建筑工程中应用最广泛的硅酸盐系列水泥生产所用原材料,主要包括生产硅酸盐水泥熟料的原材料、石膏和混合材料3类。
(1)硅酸盐系列水泥熟料原材料 硅酸盐系列水泥熟料原材料有石灰石、黏土和铁粉。
①石灰石。石灰质原料采用天然石灰石、凝灰岩和贝壳等,主要提供水泥中的CaO。
②黏土。主要为黏土(或页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等),其主要成分为SiO2,其次为Al2O3和少量的Fe2O3。
③铁粉。铁矿粉主要采用赤铁矿,化学成分为Fe2O3,主要弥补黏土中铁质含量的不足。
(2)石膏 在生产硅酸盐系列水泥时,必须掺入适量石膏,以延缓水泥的凝结。在硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥中,石膏主要可起到缓凝作用;而在掺加较多混合材料的水泥中,石膏还起激发混合材料活性的作用。掺入的石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等。
(3)混合材料 为了改善水泥的某些性能,调节水泥的强度等级,提高水泥的产量,扩大水泥品种,降低水泥成本,在生产水泥时加入的矿物质材料称为混合材料。混合材料分为活性混合材料和非活性混合材料2类。混合材料种类、性能及常用品种见表2-7。
表2-7 混合材料种类、性能及常用品种
①粒化高炉矿渣。凡在高炉冶炼生铁时,所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物,经淬冷成粒后,即为粒化高炉矿渣。粒化高炉矿渣是生产水泥掺加的一种混合材料,其化学成分主要为CaO、Al2O3、SiO2,约占总质量的90%以上,另外还含有少量的MgO、Fe2O3和一些硫化物。粒化高炉矿渣在淬冷成粒时,形成不稳定的玻璃体而具有潜在水硬性。但慢冷矿渣不具有水硬性。
②粉煤灰。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。在混凝土中掺加适量的粉煤灰,可以节约大量的水泥和细骨料;减少混凝土用水量;改善混凝土拌合物的和易性;增强混凝土的可泵性;减少混凝土的徐变;减少水化热、热能膨胀性;提高混凝土抗渗能力;增加混凝土的修饰性。
③火山灰质混合材料。火山灰质混合材是天然的及人工的以CaO和Al2O3为主要成分的矿物质原料。这种混合材料磨成细粉加水后并不硬化,但与石灰混合后再加水拌和后不但能在空气中硬化,而且能在水中继续硬化。火山灰质混合材可分为天然的和人工的2类。天然火山灰质混合材可分为火山生成的和沉积生成的2种。火山生成的主要有火山灰、火山凝灰岩、浮石等;沉积生成的主要有硅藻土、硅藻石及蛋白石等。
非活性混合材料掺入水泥中,主要起到填充的作用,可以大大提高水泥的产量,降低水化热,调节(降低)水泥强度等级,并对水泥的其他性能影响不大。主要品种有慢冷矿渣、磨细石英砂、石灰石粉等。
2.水泥生料化学组成
硅酸盐系列水泥生料中各种成分的含量范围见表2-8。
表2-8 硅酸盐系列水泥生料中各种成分的含量范围
(三)硅酸盐系列水泥生产工艺
硅酸盐系列水泥的生产工艺,可以概括为“两磨一烧”:即将原材料按照规定比例混合后磨细制成生料;将制好的生料经过煅烧成为水泥熟料;将水泥熟料、混合材料、石膏按比例混合后磨细制得成品。硅酸盐水泥生产工艺流程见图2-1。
图2-1 硅酸盐水泥生产工艺流程
二、通用硅酸盐水泥
根据国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007/XG1—2009)中的规定,以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料,称为通用硅酸盐水泥,简称通用水泥。
(一)通用水泥的分类
通用硅酸盐水泥主要包括硅酸盐水泥、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。通用水泥的分类、代号与组分见表2-9。
表2-9 通用水泥的分类、代号与组分
①本组分材料为符合GB 175—2007/XG1—2009第5.2.3条的活性混合材料,其中允许用不超过水泥质量8%且符合GB 175—2007/XG1—2009第5.2.4条的活性混合材料或不超过水泥质量5%且符合GB 175—2007/XG1—2009第5.2.5条的窑灰代替。
②本组分材料为符合GB/T 203—2008或GB/T 18046—2008的活性混合材料,其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料或符合本标准第5.2.5条的窑灰中的任一种材料代替。
③本组分材料为符合GB/T 2847—2005的活性混合材料。
④本组分材料为符合GB/T 1596—2005的活性混合材料。
⑤本组分材料为由2种(含)以上符合GB 175—2007/XG1—2009第5.2.3条的活性混合材料或/和符合GB 175—2007/XG1—2009第5.2.4条的非活性混合材料组成,其中允许用不超过水泥质量8%且符合GB 175—2007/XG1—2009第5.2.5条的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。
(二)通用硅酸盐水泥的特性
硅酸盐水泥是最早生产的水泥品种之一,具有凝结硬化较快,强度(尤其是早期强度)高;水化热大,放热比较集中;抗冻性能和抗碳化性能较好;干缩性很小,不易产生干缩裂纹;耐磨性良好;抗腐蚀性和耐热性差等特点。
普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥相比,由于其混合材料掺量比较少,所以技术性能大致相同。但水化热、抗冻性、耐磨性有所降低,抗腐蚀性和耐热性有所提高。普通硅酸盐水泥是应用最广大、生产量最多的水泥品种。
矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥与硅酸盐水泥相比,它们的共同特征为凝结硬化较慢,早期强度较低,后期强度增长较快;水化热较低,放热速度较慢;抗硅酸盐腐蚀和抗水性较好;蒸汽养护适应性好;抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。矿渣硅酸盐水泥的抗渗性较差,但耐热性好,可用于温度不高于200℃的混凝土工程。火山灰质硅酸盐水泥的抗渗性好,但干缩比较大,不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程。粉煤灰硅酸盐水泥干缩性小,抗裂性好。
复合硅酸盐水泥由于掺入了2种或2种以上的混合材料,因此水化热较低,和易性比较好,早期强度较高,其他特征与矿渣硅酸盐水泥相同。复合硅酸盐水泥适用于一般混凝土工程,不适用于受冻融循环和干湿交替的混凝土工程。
(三)通用硅酸盐水泥的主要技术指标
通用硅酸盐水泥的主要技术指标包括化学指标(包括不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子)、碱含量(选择性指标)、物理指标(包括凝结时间、安定性、强度、细度)。通用硅酸盐水泥的技术指标见表2-10。
表2-10 通用硅酸盐水泥的技术指标
①如果水泥压蒸的试验合格,则水泥中氧化镁的含量(质量分数)允许放宽至6.0%。
②如果水泥中氧化镁的含量(质量分数)大于6.0%,需进行水泥压蒸安定性试验并合格。
③当有更低要求时,该指标由买卖双方协商确定。
(四)通用硅酸盐水泥的检测
1.通用硅酸盐水泥的取样要求
(1)取样规定 依据现行的国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)中的规定,水泥进场时按同一生产厂家、同一强度等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥,袋装水泥不超过200t为一检验批,散装水泥不超过500t为一检验批,每批抽样不少于一次。
(2)取样数量 水泥取样按《水泥取样方法》(GB 12573—2008)中的规定进行。对于建筑工程原材料进场检验,取样应具有代表性。袋装水泥取样时,应在袋装水泥料场进行取样,随机从不少于20个水泥袋中取等量样品,将所取得的样品充分混合均匀后,至少称取12kg作为送检样品;散装水泥取样时,随机从不少于3个车罐中取等量水泥并混合均匀后,至少称取12kg作为送检样品。
(3)取样步骤
①散装水泥。当所取散装水泥深度不超过2m时,每个编号内采用散装水泥取样器随机进行取样。通过转动取样器内的管控开关,在适当位置插入水泥一定深度,关闭开关后小心抽出,将所取出样品放入密闭的容器中。盛水泥样品的容器应洁净、干燥、防潮、密闭、不易破损,并且不影响水泥的性能。
②袋装水泥。从每一编号内随机抽取不少于20袋水泥,采用袋装水泥取样器进行取样,将取样器沿对角线方向插入水泥包装袋中,用大拇指按住气孔,小心地抽出取样管,将所取样品放入密封的容器中。盛水泥样品的容器应洁净、干燥、防潮、密闭、不易破损,并且不影响水泥的性能。
③自动取样。自动取样即采用自动取样器进行取样。该装置一般安装在尽量接近于水泥包装机或散装容器的管路中,从流动的水泥流中取出样品,将所取的样品放入符合要求的容器中。盛水泥样品的容器应洁净、干燥、防潮、密闭、不易破损,并且不影响水泥的性能。
(4)水泥复验 用于承重结构和用于使用部位有强度等级要求的混凝土用水混,或水泥出厂时间超过3个月(快硬硅酸盐水泥为1个月)和进口水泥,在使用前必须进行复验,并提供检测报告。通常水泥复验项目只做安定性、凝结时间和胶砂强度3个项目。
2.通用硅酸盐水泥的检测依据与条件
(1)检测依据 通用硅酸盐水泥产品标准及检测方法标准主要有:《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007/XG1—2009);《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671—1999);《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346—2011);《水泥细度检验方法筛析法》(GB/T 1345—2005);《水泥取样方法》(GB 12573—2008);《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419—2005);《水泥密度测定方法》(GB/T 208—2014);《水泥的命名原则和术语》(GB/T 4131—2014);《水泥比表面积测定方法 勃氏法》(GB/T 8074—2008)。
(2)检测条件 检测室温度为20℃±2℃,相对湿度≥50%;湿气养护箱的温度为20℃±1℃,相对湿度≥90%;试体养护池水温度应在20℃±1℃范围内。
(3)检测用水 检测水泥的用水必须是洁净的饮用水,如有争议时应以蒸馏水为准。
3.通用硅酸盐水泥的具体检测方法
(1)水泥标准稠度用水量测定 根据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346—2011)中的规定,本测定方法适用于通用硅酸盐水泥以及指定采用本方法的其他品种水泥。
①检测目的。测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量,为检测水泥的凝结时间和体积安定性做准备。
②仪器设备。水泥标准稠度用水量测定所用的仪器设备有水泥净浆搅拌机、标准法维卡仪、试模、量水器、天平等,其规格和质量应符合《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346—2011)中的要求。
③检测步骤。水泥标准稠度用水量测定应按照以下步骤进行检测:a.将维卡仪调整至试杆接触玻璃板时,指针对准零点,其金属棒能自由滑动,同时水泥净浆搅拌机正常运转;b.取水泥试样500g,拌合水可根据经验进行准备;c.用湿布将搅拌锅和搅拌叶擦干净,将拌合水倒入搅拌锅内,然后在5~10s内小心地将500g水泥加入水中,防止水和水泥溅出;d.将搅拌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,停机15s,同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中,接着高速搅拌120s停机;e.搅拌结束后,立即将拌制好的水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中,用小刀插捣,轻轻振动数次,使气泡排出并刮去多余的水泥净浆,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;f.试杆降至水泥净浆表面,拧紧螺丝1~2s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,记录试杆距底板的距离,升起试杆后,立即将其擦净,整个操作应在搅拌后1.5min内完成。
④结果评定。以试杆沉入水泥净浆并距底板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度水泥净浆。其拌合水水量为该水泥的标准稠度用水量(P),按水泥质量百分比计。
如果试样下沉深度超过上述范围,应增减用水量,重复上述操作,直至达到6mm±1mm,即标准稠度为止。
(2)水泥凝结时间测定 根据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346—2011)中的规定,本测定方法适用于通用硅酸盐水泥以及指定采用本方法的其他品种水泥。
①检测目的。测定水泥的初凝和终凝时间,评定水泥的质量。
②仪器设备包括标准法维卡仪、初凝试针、终凝试针、水泥净浆搅拌机、试模、湿气养护箱、量水器、天平等。
③检测步骤。水泥凝结时间测定应按照以下步骤进行检测。
a.将圆模放在玻璃板上,在内侧涂一层机油。调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时,指针对准零点。
b.用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起始时间。
c.初凝时间的确定。试件在湿气养护箱中养护至加水30min时进行第一次测定。从湿气养护箱中取出试模放到试针下,降低试针,使其与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝1~2s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。当试针沉至距底板4mm±1mm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“min”表示。
d.终凝时间的确定。为准确观测试针沉入的状况,在终凝计上安装一个环形附件,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,将其翻转180°,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,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终凝状态的时间为水泥的终凝时间,用“min”表示。
④结果评定。凡测定的初凝时间、终凝时间有一项不合格者为不合格品。
⑤注意事项。在进行水泥凝结时间测定过程中应注意如下事项:a.在最初测定的操作时,应轻扶金属柱,使其慢慢下落,以防试针撞弯,但结果以自由下落为准;b.在整个测试的过程中,试针沉入的位置至少要距离试模内壁10mm;c.临近初凝时每隔5min测定一次,临近终凝时每隔15min测定一次,达到初凝或终凝时应立即重复多测一次,当2次结论相同时,才能定为达到初凝或终凝状态;d.每次测定不能让试针落入原针孔;e.每次测试完毕应将试针擦干净,并将试模放回湿气养护箱,整个测试过程要防止试模受到振动。
(3)水泥安定性测定 根据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346—2011)中的规定,本测定方法适用于通用硅酸盐水泥以及指定采用本方法的其他品种水泥。水泥安定性的测定方法有标准法(雷氏法)和代用法(试饼法)2种,有争议时以标准法(雷氏法)为准。
①检测目的。测定水泥浆在硬化时体积变化的均匀性,评定水泥的质量。
②仪器设备。包括沸煮箱、雷氏夹、雷氏夹膨胀测定仪、水泥净浆搅拌机、量水器、湿气养护箱、天平等。
③检测步骤。水泥安定性测定应按照以下步骤进行检测:
a.称取水泥试样500g(精确至1g),以标准稠度用水量搅拌成标准稠度的水泥净浆。将与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹内侧涂上一薄层机油。
b.试件成型主要有以下几种方法。
雷氏法:将预先准备好的雷氏夹放在擦过油的玻璃板上,并立即将已制好的标准稠度水泥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10mm的小刀插捣数次,然后抹平,盖上稍涂机油的玻璃板。
试饼法:将制好的标准稠度水泥净浆取出一部分分成两等份,使之成球形,放在涂过机油的玻璃板上,轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹,做成直径70~80mm,中心厚10mm,边缘渐薄、表面光滑的试饼。
c.养护。成型后立即将试件放入湿气养护箱内养护24h±2h。
d.沸煮。调整好沸煮箱内的水位,能保证在整个沸煮过程中都超过试件,不需中途加水,同时又能保证在30min±5min内升至沸腾。
雷氏法:脱去玻璃板取下试件,先测量雷氏夹指针尖端间的距离(A),精确到0.5mm,接着将试件放入沸煮箱水中的篦板上,指针朝上,试件之间互不交叉,然后在30min±5min内加热至沸腾,并恒沸180min±5min。
试饼法:脱去玻璃板取下试饼,在试饼无缺陷的情况下,将试饼放在沸煮箱中的篦板上,然后在30min±5min内加热至沸腾,并恒沸180min±5min。
e.沸煮结束后,立即放掉沸煮箱中的热水,打开沸煮箱盖,将箱体冷却至室温,取出试件进行判别。
④结果方法及评定如下。
雷氏法:测量雷氏夹指针尖端的距离(C),精确至0.5mm。当2个试件沸煮后增加距离(C—A)的平均值≤5.0mm时,则认为该水泥安定性合格;当2个试件的(C—A)值相差超过4.0mm时,应用同一样品立即重做一次检测。再如此,则认为该水泥安定性不合格。
试饼法:目测试饼未发现裂缝,用钢直尺检查也没有弯曲(使钢直尺和试饼底部紧靠,以两者间不透光为不弯曲)的试饼为安定性合格;反之为不合格。当2个试饼判别结果有矛盾时,该水泥的安定性为不合格。
评定:安定性不合格的水泥属于不合格品,严格严禁用于工程中。
(4)水泥胶砂强度检测 根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671—1999)中的规定,本检验方法适用于通用硅酸盐水泥。但对火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥和掺火山灰混合材料的普通水泥在进行胶砂强度检测时,其用水量按水灰比0.50和胶砂流动度不小于180mm来确定。当胶砂流动度小于180mm时,应以0.01的整倍数递增的方法将水灰比调整至胶砂流动度不小于180mm。
①检测目的。测定水泥胶砂强度,评定水泥的强度等级。
②仪器设备包括行星式水泥胶砂搅拌机、胶砂振实台、试模、模套、抗折试验机、抗压试验机、夹具、刮平直尺、下料漏斗、天平、标准养护箱等。
③检测步骤。水泥胶砂强度测定应按照以下步骤进行检测。
a.胶砂制备。将试模擦净,四周的模板与底座的接触面上应涂适量黄油,紧密装配,防止漏浆,内壁均匀刷一层薄机油。水泥与ISO标准砂的质量比为1:3、水灰比为0.5。一锅胶砂需制成3条试体,每锅材料需要水泥450g±2g、标准砂1350g±5g、水225g±1g。
b.胶砂搅拌。把水加入搅拌锅内,再加入水沉,把搅拌锅放在固定架上,上升至固定位置。立即启动搅拌机,低速进行搅拌30s后,在第2个30s开始均匀地将砂子加入。高速搅拌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的中间。在调整下继续搅拌60s。各个搅拌阶段,时间误差应在±0.1s以内。
c.试件制备。试件用振实台成型时,将空试模和套模固定在振实台上,用料勺直接从搅拌锅内将胶砂分2层装模。装第1层时,每个槽里先放入300g胶砂,并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刮平,接着振动60次,再装入第2层胶砂,用小播料器刮平,再振动60s。移走套模,从振实台上取下试模,用一金属尺近似90°的角度架在试模模顶的一端,然后沿试模长度方向以模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,并用同一直尺以近似水平的情况下将试件表面抹平。
成型后在试模上做标记或用字条标明试件编号。
d.试件养护分以下几种类型。
带模养护:成型后立即将做好标记的试模放入雾室或湿气养护箱的水平架上,并在温度为20℃±1℃、相对湿度≥90%的条件下养护。养护时不应将试模放在其他试模上,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和其他标记。2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2个以上龄期内。
脱模:脱模应当非常小心,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之间脱模养护。脱模时应防止试件受到损伤。硬化较慢的水泥允许延长脱模时间,但需记录脱模时间。
水中养护:将做好标记的试件立即水平或竖直放在20℃±1℃的水中养护,水平放置时刮平面应朝上。试件放在下易腐烂的篦子上,并彼此间保持一定间距,经让水与试件的6个面接触。养护期间试件之间间隔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。最初用自来水装满养护池(或容器),随后随时加水保持适当的恒定水位,不允许在养护期间全部换水。除24h龄期或延迟至48h脱模的试体外,任何至龄期的试体应在试验(破型)前15min从水中取出。揩去试体表面沉积物,并用湿布覆盖至试验为止。
e.强度测定分以下几种测定方式。
试体龄期是从水泥加水搅拌开始试验时算起。不同龄期强度试验在下列时间里进行:24h±15min、48h±30min、72h±45min、7d±2h、28d±8h。
抗折强度检测:每龄期取出3条试体先做抗折强度检测。试验前须擦去试体表面的附着水分和砂粒,清除夹具上圆柱表面黏着的杂物,试体放入抗折夹具内,应使侧面与圆柱接触。试体放入前,应使杠杆成平衡状态。试体放入后调整夹具,使杠杆在试体折断时尽可能地接近平衡位置。以50N/s±10N/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(保持2个半截棱柱体处于潮湿状态直至抗压检测)。记录折断时的荷载Ff。
抗压强度检测:抗折强度检测后的6个断块应立即进行抗压强度检测。抗压强度检测需用抗压夹具进行,以试体的侧面作为受压面,并使夹具对准压力机压板中心。以2400N/s±200N/s的速率均匀地加荷至试件被破坏,记录破坏荷载Fc。
④结果计算与评定。
a.抗折强度可按式(2-1)计算,精确至0.1MPa:
Rf=1.5LFf/b3=0.00234Ff (2-1)
式中,Rf为抗折强度,MPa(N/mm2);L为支撑圆柱之间的距离,取L=100mm;Ff为折断时的荷载,N;b为棱柱体正方形截面的边长,取b=40mm。
抗折强度以一组3个棱柱体抗折强度结果的平均值作为检测结果。当3个强度值中有超出平均值±10%时,应将其剔除后再取平均值作为抗折强度检测结果。
b.抗折强度可按式(2-1)计算,精确至0.1MPa:
Rc=Fc/A=0.000625Fc (2-2)
式中,Rc为抗压强度,MPa(N/mm2);Fc为折断时的荷载(N);A为受压面积,取A=40mm×40mm=1600mm2。
抗压强度以一组3个棱柱体得到的6个抗压强度测定值的算术平均值为检测结果。如6个测定值有1个超出平均值±10%时,应剔除这个测定值,而以剩余的5个值的平均值为检测结果。如果5个测定值中再有超出平均值±10%时,则此组测定结果作废。
评定:根据该组水泥的抗折、抗压强度检测结果,评定该水泥的强度等级。
(5)水泥胶砂流动度检测 根据《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419—2005)中的规定,本检验方法适用于通用硅酸盐水泥。
①检测目的。通过测量一定配比水泥胶砂在规定振动状态下的扩展范围来衡量其流动性。
②仪器设备包括水泥胶砂流动度测定仪(简称跳桌)、水泥胶砂搅拌机、试模(由截锥圆模和模套组成)、捣棒(由金属材料制成,直径为20mm±0.5mm,长度200mm)、卡尺、小刀、天平等。
③检测步骤。水泥胶砂流动度测定应按照以下步骤进行检测。
a.如果水泥胶砂流动度测定仪在24h内未被使用,先空跳一个周期25次。
b.胶砂制备按前述规定进行。在制备胶砂的同时,用潮湿棉布擦拭跳桌的台面、试模内壁、捣棒以及与胶砂接触的用具,将试模放在跳桌台面中央并用潮湿棉布加以覆盖。
c.将拌好的胶砂分2层迅速装入试模,第一层装至截锥圆模高度约2/3处,用小刀在相互垂直2个方向各划5次,用捣棒由边缘至中心均匀捣压15次。随后装入第二层胶砂,装至高出截锥圆模约20mm,用小刀在相互垂直2个方向各划5次,再用捣棒由边缘至中心均匀捣压10次。捣压后胶砂应略高于试模。捣压深度达到第一层捣至胶砂高度的1/2,第二层捣至不超过已捣实底层表面。装胶砂和捣压时,要用手扶稳试模,不要使其产生移动。
d.捣压完毕后,取下模套,将小刀倾斜,从中间向边缘分2次以近水平的角度抹去高出截锥圆模的胶砂,并擦干净落在桌面上的胶砂。将截锥圆模垂直向上轻轻提起。立刻开动跳桌,以每秒钟1次的频率,在25s±1s内完成25次跳动。
e.水泥胶砂流动度检测,从胶砂加水开始到测量扩散直径结束,应在6min内完成。
④结果计算与评定。跳动完毕后,用卡尺测量胶砂底面2个互相垂直方向的直径,计算出平均值(取整数),单位为mm。该平均值即为该水量的水泥胶砂流动度。