水泥物理力学性能试验讲义

《水泥物理力学性能》知识要点一、了解概念〔名词解释〕1、胶凝材料：凡能在物理、力学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶结凝材料。

2、水硬性：一种材料磨成细粉和水拌合成浆后，能在潮湿空气和水中硬化并形成稳定化合物的性能。

3、水硬性胶凝材料：在拌水后即能在空气硬化又能在水中继续硬化，并能将砂石等骨料胶结在一起的材料。

4、火山灰性：一种材料磨细成粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和水后能形成具有水硬性的化合物的性能。

5、活性混合材：具有火山灰性或潜在水硬性，或兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料。

6、水泥混合材料：在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥标号而加到水泥中的矿物质材料。

7、普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%-15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。

8、水泥净浆标准稠度：为测定水泥的凝结时间，体积安定性等性能，使其具有准确的可比性，水泥净浆以标准方法测试所到达统一规定的浆体可塑性程度。

9、水泥净浆标准稠度需水量：拌制水泥净浆时为到达标准稠度所需的加水量。

10、初凝时间：水泥从加水拌和到水泥到达标准规定的可塑性状态所需的时间。

11、终凝时间：水泥从加水拌和到完全失去可塑性状态到达标准规定的较致密的固体状态所需时间。

12、雷氏夹法：检验水泥中游离氧化钙含量影响水泥体积安定性的方法。

13、细度：粉状物料的粗细程度，通常以标准筛的筛余百分数或比外表积或粒度分布表示。

14、筛余：粉状物料细度的表示方法，一定质量的粉状物料在试验筛上筛分后所残留于筛上部分的质量百分数15、比外表积：单位质量的物料所具有的外表积。

16、标准砂：检验水泥强度专用的细集料，有高纯度的天然石英砂经筛洗加工制成，对二氧化硅含量和粒度组成有规定质量要求。

≥98%17、水灰比：水泥浆、水泥胶砂、混凝土混合料中拌合水与水泥的质量比值。

18、水泥胶砂强度：水泥力学的一种量度。

102水泥物理力学性能；建筑用砂，石，参合料102水泥是中国国家标准GB/T 175-2007《普通硅酸盐水泥》中规定的一种水泥，下面是该水泥的物理力学性能：1. 抗压强度：102水泥的抗压强度是指在一定时间内经过固化后，水泥试样所能承受的最大压力。

根据标准规定，102水泥的28天抗压强度应不低于42.5MPa。

2. 抗折强度：102水泥的抗折强度是指在一定时间内经过固化后，水泥试样所能承受的最大弯曲力。

根据标准规定，102水泥的28天抗折强度应不低于5.0MPa。

3. 初凝时间：102水泥的初凝时间是指水泥浆体开始凝结的时间。

根据标准规定，102水泥的初凝时间应不早于45分钟，不晚于10小时。

4. 终凝时间：102水泥的终凝时间是指水泥浆体完全凝结的时间。

根据标准规定，102水泥的终凝时间应不早于6小时，不晚于24小时。

建筑用砂、石和参合料是常用的混凝土配料材料，下面是它们的一些特点：1. 建筑用砂：建筑用砂是指用于混凝土、砂浆等建筑材料中的砂料。

常见的建筑用砂有河沙、山砂等。

建筑用砂应具有一定的颗粒分布范围，适当的含水率，以及良好的稳定性和流动性。

2. 建筑用石：建筑用石是指用于混凝土、砂浆等建筑材料中的骨料。

常见的建筑用石有块石、碎石等。

建筑用石应具有一定的颗粒分布范围，适当的含水率，以及良好的强度和稳定性。

3. 参合料：参合料是指用于混凝土中替代部分水泥的材料，常见的参合料有粉煤灰、矿渣粉等。

参合料可以改善混凝土的工作性能、耐久性和经济性，同时减少对天然资源的消耗。

需要注意的是，具体的水泥和配料材料的性能还需参考相关的国家或地区标准，因为不同国家或地区可能有不同的标准和要求。

水泥的物理性能知识1、细度与比表面积水泥一般由几微米到几十微米大小不同的颗粒组成，它的粗细程度（颗粒大小）称为水泥细度。

水泥细度直接影响水泥的凝结和硬化速度、强度、需水性、析水率、干缩性、水化热等一系列物理性能，因此生产单位和使用单位对水泥细度都很重视。

水泥细度有筛余百分数、比表面积、颗粒平均直径和颗粒级配等表示方法。

在相同的粉磨条件下，影响水泥粉磨细度的主要因素是熟料的易磨性、混合材的易磨性及掺加量。

一般讲，C3S含量高的熟料易磨，C2S含量高的熟料难磨。

混合材料中火山灰质材料、粉煤灰易磨矿渣难磨。

水泥中粗细颗粒级配恰当，则可得到良好的流发性能。

一般认为，水泥中3~30μm的颗粒主要起强度增长作用，而大于60μm颗粒由于水化程度低，对水泥强度贡献不大，因此，水泥中3~30μm的颗粒通常占到90%以上。

小于10μm的颗粒主要起早强作用，而其中3μm以下的颗粒只起早强作用。

10μm 以下颗粒比表面积大、需水量大、水化速度快，因而水泥的流发性能不利，故水泥中10μm以下颗粒含量应尽量少一些为好。

水泥一般从强度出发来确定细度指标，尤其是当熟料强度低，混合材掺量高时，往往都采取提高粉磨细度来保证水泥强度。

水泥细度越大，细颗粒含量越多，需水量越大。

需水量大的水泥与外加剂的相容性较差，混凝土坍落度损失快。

水泥终粉磨系统所用的磨机不同（球磨、辊压磨、振动磨），所得的水泥颗粒的形状会不一样。

在相同细度及颗粒组成的情况下，水泥颗粒球形度越大，则需水量越小，与外加剂的相容性越好。

普通硅酸盐水泥细度以比表面积表示，其比表面积不小于300m2/kg。

比表面积过小，水泥容易泌水，失去胶凝作用效果；比表面积过大，水泥需水量明显增大，容易使混凝土极件收缩，产生裂缝，导致水泥极件强度减小。

通用硅酸盐水泥的其他五种水泥的细度以筛余表示，其80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。

2、需水性在水泥制备净浆、砂浆或拌制混凝土时，都需要加入一定量的水分。

一、细度检测与结果准确性提高方法在水泥物理性能检测中，细度检测是非常关键的一环，为确保检测结果的准确性，采取适当的方法至关重要。

采用负压筛法进行检测时，我们必须确保负压筛的负压值超出规范要求，并使用GSB14-1511标准样品对筛子进行修正。

当C值处于0.80～1.20范围内时，试验筛才能继续使用，同时所得的测量结果需乘以相应的修正系数。

此外，筛余量的精确称量也必须在具备一定精度的天平上进行。

为确保检测的准确性，我们还需定期检查负压筛的密封状态，并及时清理收尘布袋，以保持试验筛的清洁和筛孔的畅通。

每使用10次后，试验筛必须进行清洗，而每使用100次后，则需重新标定水泥试验筛。

这些措施的执行将有效提高细度检测的准确性，并确保水泥质量的可靠评估。

二、标准稠度用水量及凝结时间检测与结果准确性提高方法在水泥物理性能检测中，标准稠度用水量和凝结时间的准确测定对于保证水泥质量至关重要。

为了提高检测结果的准确性，我们可以采取以下方法：2.1 仪器设备方面：定期检查和校正检测设备是确保准确测量的关键。

例如，搅拌叶与搅拌锅之间的间隙，由于搅拌过程中水泥浆与搅拌叶及搅拌锅的摩擦，可能导致磨损，使间隙变大或变小，进而影响净浆搅拌的均匀性和充分程度。

因此，定期检查和校正这些设备是至关重要的。

同时，选择符合新要求的水泥抗压抗折试验机、水泥胶砂振实台和水泥胶砂搅拌机，能够进一步提升产品质量和检验结果的准确性。

2.2 标准稠度用水量方面：调整水量法是进行标准稠度用水量检测的首选方法。

在检测时，首先通过不变水量法找到初始用水量，然后根据试锥指针的下降位置，判断第二次应调整的用水量，以准确找到标准稠度用水量。

在测定过程中，应避免中途添加水量，并确保滑动杆无紧涩和晃动情况。

此外，净浆搅拌机的间隙要调整到规定范围内，水泥净浆装入圆锥模后应立即进行插捣和振动以排除空气，抹平次数不宜过多。

最后，测定时要保证试锥自由下落，位置准确，整个操作过程应在规定时间内完成。

一、水泥物理力学性能1、水泥成型室温度应保持在 20±2℃，相对湿度应为不低于 50% ，养护箱或雾室温度应保持在 20±1℃，相对湿度应为不低于 90% ，养护水温度（水泥胶砂强度试验中试体养池水温度）应为 20±1℃。

2、水泥代号与名称：硅酸盐水泥——P·I（不掺加混合材料）、P·Ⅱ（加量不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料）；普通硅酸盐水泥——P·O；矿渣硅酸可卡因水泥——P·s；火山灰质硅酸盐水泥——P·P；粉煤灰硅酸盐水泥——P·F；复合硅酸盐水泥——P·C。

3、硅酸盐水泥细度检验结果以比表面积表示，标准指标要求为大于300m2/kg ，普通水泥细度检验结果以筛网上所得筛余物的质量占试样原始质量的百分数（筛余百分数）表示，标准指标要求为不超过10.0% 。

4、氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时，均为废品。

5、细度、终凝时间、不溶物和烧失量不符合标准规定，或混合材料掺加量超过最大限量和强度超过低于商品强度等级指标，水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产省名称和出厂编号不全时，为不合格品。

6、试验室温湿度及养护水温度至少每 1d 记录一次，养护箱温湿度至少每4h 记录一次，且每个养护池只能养护同类型的水泥试件，水泥净浆量水器最小刻度为 0.1ml ，精度 1% ，水泥胶砂强度试验中，称量用天平精度为±1g ,用自动滴管加225ml水时，滴管精度应达到±1ml 。

7、24h龄期的试件，应在破型试验前 20min 内脱模， 24h 以上龄期的，在成型后20~24h 之间脱模。

8、试件破型前 15min 从水中取出，不同龄期强度试验时间允许偏差范围：24h±15min ; 48h±30min ； 72h±45min ； 7d±2h ； 28d±8h .9、水泥胶砂强度检验时，标准砂为中国ISO标准砂，配合比为：一份水泥、三份标准砂、半份水（灰砂比： 1：3 ，水灰比： 0.5 ）。

水泥物理力学性能检验杨利雄第一节水泥1.1基本知识1.1.1水泥的定义、用途及分类1、定义：凡细磨材料，加水后变为塑性浆体，既能在水中硬化又能在空气中硬化的水硬性胶凝材料统称为水泥。

2、用途: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、交通、水利电力、能源矿山、国防、航空航天、农业等基础设施建筑工程中得到广泛应用。

3、分类:水泥的分类方法主要有以下两种。

按水泥的性能和用途分水泥按性能和用途分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类，见表1.1-1.表1.1-1 水泥按性能和用途的分类(2)按水泥中主要水硬性物质分水泥按主要水硬性物质的分类见表1.1-2。

1.1.2水泥生产所用的原材料及主要化学组成1、原材料：硅酸盐系列水泥原材料分为生产硅酸盐水泥熟料的原材料、石膏和混合材料三类。

（1）硅酸盐系列水泥熟料的原材料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粘土：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Fe2O3。

③铁粉：铁矿粉采用赤铁矿，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、普通硅酸盐水泥中石膏主要起缓凝作用；而在掺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、工业副产石膏（无水硫酸钙）等。

（3）混合材料：为了改善水泥的性能，调节水泥强度等级，提高水泥的产量，扩大水泥品种，降低成本，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两类，其种类、性能及常用品种见表1.1-3。

①粒化高炉矿渣。

它是高炉冶炼生铁的副产品，以硅酸钙和铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬成粒后的产品。

粒化高炉矿渣的化学成分主要为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。

水泥物理力学性能相关标准：GB175-1999《硅酸盐和普通硅酸盐水泥》（P I、PII、PO）；GB1344-1999（PC、PP、PF水泥）；GB12658-1999（PC水泥）；GB/T1346-2001（水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法）；GB1345-2005（水泥细度筛析法）GB/T17671-1999（水泥胶砂强度检验方法）一、六大通用水泥：1、硅酸盐水泥：PI无混合材料；PII掺0-15%混合材料，等级：42.5-62.5R2、普通硅酸盐水泥：PO掺6%-15%混合材料；等级：32.5-52.5R3、矿渣硅酸盐水泥:PS掺20%-70%粒化高炉矿渣;4、火山灰硅酸盐水泥:PP掺20%-50%火山灰质混合材料;5、粉煤灰硅酸相加水泥:PF掺20%-40%粉煤灰;6、复合硅酸盐水泥:PC掺15%-50%混合材料;细度:PI及PII为比表面积>300㎡/㎏,其它水泥试验时应取二次平行值,误差为0.5%,45μm筛称10g,80μm称25g,精确到0.01g;凝结时间:六类水泥初凝都不得早于45min,终凝,PI及PII不得迟于6.5h,其它不得迟于10h;二、水泥软练常规项目：（各种实验方法、判定规则及其计算方式，仲裁判定以标准法为准）（水泥净浆拌制：先加水再加500g水泥，低速120s，停15s,把水泥净浆刮入锅中，再高速120s，量水器：最小刻度0.1mL、精度1%；天平：≥1000g,分度值不大于1g）1、标准稠度用水量：标准法为试杆法当试杆下沉到距底板（6±1）㎜的水泥净浆用水量。

代用法为试稚法，调节水量法及不变水量法，试稚下沉到（28±2）㎜。

标准稠度用水量以水泥质量的百分比计。

细度：硅酸盐水泥用比表面积表示，其它用80μm（样重25克）或45μm（样重10克）筛筛佘表示：样先过0.9㎜筛,再称重。

标准法为负压筛析法，负压4000-6000Pa，负压2min。

水泥土的基本物理力学性能探究一、重度和相对密度由于水泥浆的重度与土的重度相近，所以形成的水泥土重度与天然软土的重度相差不大。

如表1所示，当水泥掺量αw＝25%时，水泥土的重度仅比天然软土增加4.5%。

由此可见，用水泥土加固软土地基，其加固部分对下卧层不致产生过大的附加荷载，从而也不会引起较大的附加沉降。

由于水泥的相对密度（3.1）比一般土体的相对密度（2.65～2.75）大，故水泥土的相对密度也比天然土的相对密度稍大，且随着水泥掺入比的增加而增大，但增大的幅度很小，见表1。

表1 水泥土的物理性质二、渗透系数水泥土的渗透系数，随水泥掺入比的增加和含水量的降低而降低，8%～10%的掺入比是最经济的，再提高水泥掺入比也不能显著减小渗透系数；随养护龄期的增长而减小。

加固初期，水泥水化释放大量的Ca2＋，离子溶度和化合价增加，双电层厚度降低，土颗粒发生絮凝作用，形成一种大空隙的结构，水泥土渗透系数增大。

但是随着水泥的水化反应和火山灰反应的进行，产生大量的水化产物，填充在土颗粒集合之间，固化土的含水量或者孔隙比也随之降低，土体渗透系数降低。

三、无侧限抗压强度无侧限抗压强度试验，是水泥土在侧向应力为零的条件下，施加轴向压力使试样破坏，与三轴压缩中围压σ3＝0相对应。

由于试样是在压缩条件下破坏的，因此把这种情况下水泥土所承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度（unconfined compression strength），通常以q u或f cu表示。

无侧限抗压强度是水泥土最重要的力学指标，有关试验研究和分析将在后面几章做详细论述。

四、抗拉强度水泥土的抗拉强度可以由传统的拉伸试验和劈裂试验确定，但是前者测定的抗拉强度较后者测定的抗拉强度高，且离散性也大。

随着水泥掺入比的增加，抗拉强度也随之增大，但是破坏时的应变随之减少。

水泥土的抗拉强度σ1随无侧限抗压强度f cu的增加而增加，抗压和抗拉这两类强度有密切关系。

高亚成得出结论是抗拉强度为抗压强度8%～16%，一般为14%。

第一节水泥物理力学性能一、填空题1、目前我国常用的水泥品种有：普通硅酸盐、矿渣硅酸盐、火山灰质硅酸盐、粉煤灰硅酸盐、复合硅酸盐。

2、进行水泥试验前，应将水泥样品通过0.9mm方孔筛，均分为试验样和封存样，封存样应加封条，密封保管3个月。

3、沸煮法只适用于检验游离氧化钙对体积安定性的影响。

4、进场的水泥应进行复验，按同一厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥，袋装水泥不过200t 为一批，散装水泥不超过500t 为一批，每批抽样不少于一次。

5、进行水泥检测的试验室温度为20土2℃，相对湿度不低于50% 。

6、进行水泥标准稠度用水量时，使用量水器的最小刻度不小于0.1ml ，精度为1% 。

7、进行水泥凝结时间测定时，应以水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。

8、水泥标准稠度用水量代用法检测有调整用水量法和不变水量法两种方法9、进行水泥安定性检测时，应调整沸煮箱内的水位，使之能在30土5min 时间内达到沸腾，且保证在整个沸煮过程中水位都超过试件，不需中途加水。

10、标准法进行水泥安定性检测，测量雷氏夹批针尖端的距离，应准确至0.5mm 。

11、在使用水泥胶砂强度试模前，应用干黄油涂覆试模的外接缝，在试模内表面涂上一层薄机油。

12、当试验水泥从取样至试验要保持24h 以上时，应把它存放在可基本装滿、气密且不与水泥反应的容器里。

13、每锅胶砂制三条胶砂强度试条，每锅材料用量为水泥450土2g 、标准砂1350土5g 、水225土1g 。

14、对于24h以上龄期的胶砂强度试体应在成型后20～24h之间脱模，如因脱模会对强度造成损害时，可以延迟脱模时间，但应在试验报告中予以说明。

15、水泥胶砂试体在养护期间，试件上表面的水深不得小于5mm 。

16、进行水泥抗折强度试验时，试验加荷的速率为50N/s土10N/s 。

17、进行水泥抗压强度试验时，试验加荷的速率为2400N/s土200N/s 。