5 项目二：水泥性能与检测

水泥的细度
矿物组成相同，水泥磨得愈细， 水泥颗粒平均粒径小，比表面积大， 水化时与水的接触面大，水化速度快 ，相应地水泥凝结硬化速度就快，早 期强度就高。
施 工 方 法
水泥浇注过程，振捣越 密实，孔隙率越小，形成的 水泥石强度越高。
硅酸盐水泥的主要技术性质
细度：水泥颗粒的粗细程度。 水泥细度的评定方法：比表面积法和筛析法。 筛析法是用0.08mm方孔筛对水泥试样进行筛分试 验，用筛余百分率表示细度；比表面积法是指单位 质量的水泥粉末所具有的总表面积，以 m2/kg 表示。国标规定：硅酸盐水泥的细度为其比表面积 大于300m2/kg。 细度测定：在0.08的方形的孔筛上的筛余率不得超 过10％
项目二：水泥性能与检测
讨论题：
1
水泥石的结构及其影响因素
水泥石的结构 （多相多孔体系） A—未水化的水泥颗粒 B—凝胶体（C－S－H凝胶 ，水化硅酸钙凝胶）； C—晶体（氢氧化钙、水化 铝酸钙、水化硫铝酸钙）； D—毛细孔、气孔 E —凝胶孔
影响水泥石结构强度的主要因素
水灰比：水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之 比。 水灰比较大，水泥的初期水化反应充分进行；但 水泥颗粒间被水隔开的距离较远，颗粒间相互 连接形成骨架结构所需的凝结时间长，水泥浆 凝结较慢。 水灰比较大，多余水分蒸发后形成孔隙较多, 造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比 过大时，会明显降低水泥石的强度。
m V
②视密度
材料除开口孔隙意外单位体积的质量。按下式计 算：
m ' V
式中：
——视密度，
g/cm3 或 kg/m3； V ——材料除开口孔隙外的体积；
cm3 或 m3
m ——材料的质量，g 或 kg；
工程中砂石 材料，直接 用排水法测 定此体积
除开口孔隙外的体积 ：是指包括内部封闭 孔隙和实体体积的体 积。
孔隙率与空隙率的区别
比较项目 适用场合 作 用 孔隙率 个体材料内部 可判断材料性质 空隙率 堆积材料之间 可进行材料用量计算
计算公式
（3）材料与水相关的性质
①材料的亲水性与憎水性
亲水性：与水接触时，材料表面能被水润湿的性质；
憎水性：与水接触时，材料表面不能被水润湿的性质。
湿润角
亲水性材料
砖、石、木、混凝土
'
式中： 0 —材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3；
'
m —材料的质量，g 或 kg；
—材料的堆积体积，cm3 或 m3。 V
' 0
砂堆积密度的测定
将容量筒内材料刮 平，容量筒的容积 即为材料堆积体积
几种密度的比较
比较项目
材料状态 材料体积
实际密度
绝对密实
视密度
近似绝对 密实状态
表观密度
在空气中吸收水分
吸收水分的质量比 与空气中水分平衡通 常小于吸水率
吸收水量
达到饱和
③材料的耐水性
材料的耐水性：材料长期在饱和水的作用下不 破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性 的指标用软化系数KR表示：
KR — 材料的软化系数； fb— 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）
；
fg — 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）
式中： ρ——密度； ρ0——材料的表观密度。 绝对密实材料， 因 ρ0 =ρ ，故密实度D =1 或 100%。 大多数土木工程材料， 因 ρ0 ＜ρ ，故密实度D ＜ 1 或 D ＜ 100%。
②材料的孔隙率
孔隙率指材料内部孔隙体积占材料总体积 的百分率 。孔隙率P计算：
孔隙率与密实度的关系
P+D=1
强度及强度等级
胶砂强度：国标规定，水泥和标准砂按1：
3.0 质量比混合。 加入规定量的水（水灰比为0.50），经标 准试验方法搅拌成型。 制成40mm×40mm×160mm的标准试 件，在标准条件（1d温度为20±1℃，相对湿 度90％以上的空气中带模养护；1d以后拆模 ，放入20±1℃的水中养护）下养护。根据水 泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度和 抗压强度，即为水泥的胶砂强度。
筛析法：水筛法所用仪器
标准稠度及其用水量
标准稠度：在测水泥的凝结时间、体积安 定性等性能时，为使测得的结果有准确的 可比性，应该使水泥净浆在一个规定的可 塑性程度下进行。 标准稠度用水量：达到标准稠度时的用水 量，以水与水泥质量之比的百分数表示。 按《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安 定性检验方法》(GB 1346—2001)规定的方 法测定。
w
=1.0 g/cm3。
影响材料吸水性的因素 材料的吸水率与其孔隙率有关， 更与其孔隙特征有关。因为水分是通 过材料的开口孔隙吸入并经过连通孔 隙渗入内部的。材料内与外界连通的 细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。
材料的吸湿性
材料的吸湿性是指材料在空气中吸收水分的性质 。用含水率Ｗh表示，其计算公式为： ms m g Wh 100 % mg
自然状态
堆积密度
堆积状态
V
m V
V
V0
V0
计算公式
应用
m m ' m ' 0 0 V0 ' V' V0
用量计算、体积计算
判断材料性质
常用各种材料的各种密度（表2.1）
（2）与疏密程度有关的性质
① 材料的密实度
密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。 反映了材料的致密程度。 密实度D计算：
强度等级
强度等级：根据水泥的胶砂强度划分 的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的 强度等级划分为： 42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5， 62.5R共六个等级。
水泥胶砂强度测定
水泥胶砂试件抗折、抗压强度测定
水化热
水泥的水化热：指在水化过程中的放热量， 单位为kJ/kg。 水化热的高低与熟料矿物的相对含量有 关。铝酸三钙、硅酸三钙的水化热高，而铁铝 酸四钙、硅酸二钙的水化热较低。因此要降低 水化热，可适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含 量。水化热主要对大体积混凝土工程有影响。 对于大体积混凝土工程，应选择水化热较低的 水泥，或者采取特殊措施降低水化热的危害。
ms——材料吸湿状态下的质量（g或kg） mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。
当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸 湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水 率保持不变，其含水率称为平衡含水率。
吸水率与含水率的区别
比较项目 吸水率 含水率
适用场合
表示方法
在水中吸收水分
吸收水分的质量比或 体积比
硅酸盐水泥的特性及应用
– 凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求 的工程。 – 抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。 – 耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较 多。 – 水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温 季节蓄热法施工。 – 抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的 碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二 氧化碳浓度高的环境。 – 耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高 温作用的混凝土工程。 – 耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。
水化时间（龄期）
水泥的凝结硬化是随时间延长而渐 进的过程，只要温度、湿度适宜，水 泥强度的增长可持续若干年。
环境温度和湿度
温度适当，水泥水化、凝结和硬化速 度快，反应物增长快，凝结硬化加速，水 化热较多。温度过低，则水化反应减慢， 强度增长变缓。高温养护导致水泥后期强 度增长慢，甚至下降。 水是水泥水化反应的必要条件。当环 境十分干燥时，水泥中的水分蒸发，水泥 不能充分水化，硬化停止；反之水泥的水 化将得以充分进行，强度正常增长。
P小，f高，孔隙闭口，吸水性小，抗渗性、 抗冻性好。
③填充率
填充率指散粒材料的堆积体积中，被
其颗粒填充的程度（即自然体积占堆积体
积的百分率）。 填充率 D 计算：
④空隙率
P 空隙率指散粒材料在堆积体积中，空隙体积 占堆积体积的百分率。 空隙率 P 计算：
空隙率反映了散粒材料的颗粒互相填充的致 密程度。可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的 依据。 填充率与空隙率的关系：
散粒材料堆积体积
几个体积单位比较： 密实体积：一般以Ｖ表示，材料磨细成粉，排液体法测 表观体积：一般以 V 表示，不磨，直接排液法测定 自然体积：一般以V0表示，规则，几何体积；不规则， 表面涂腊，排液法 堆积体积：一般以 V0 表示，外观总体积。
（1）与质量有关的性质
①实际密度（密实密度、密度） 指材料在绝对密实状态下单位 体积的质量，按下式计算： 式中：ρ——实际密度，g/cm3 或 kg/m3；m——材料的质量 ，g 或 kg；V——材料的绝对 密实体积，cm3 或 m3。
。
软化系数反映了材料饱水后强度降 低的程度，是材料吸水后性质变化的重 要特征之一。 软化系数的波动范围在0至1之间。 工程中通常将KR＞0.85的材料称为耐水 性材料，可以用于水中或潮湿环境中的 重要工程。用于一般受潮较轻或次要的 工程部位时，材料软化系数也不得小于 0.75
凝结时间
初凝时间：从加水至水泥浆开始失去塑性 所经历的时间。 终凝时间：从加水至水泥浆完全失去塑性 所经历的时间。 水泥初凝时间不宜过早，终凝时间不宜过 迟。 国家标准GB175－1999规定：硅酸盐 水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于 6.5h。初凝时间不合要求，该水泥报废；终 凝时间不合要求，视为不合格。
判别水泥的安定性是否合格的几种简易方法
（1）合格水泥浇筑的混凝土外表坚硬刺手，而安定性 不合格水泥浇灌的混凝土给人以松软、冻后融化的感 觉； （2）安定性合格的水泥浇筑的混凝土多数呈青灰色且 有光亮，而不合格水泥浇筑的混凝土多呈白色且黯淡 无光； （3）合格水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力强、粘结 牢，石子很难从构件表面剥离下来，而安定性不合格 的水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力差、粘结力小， 石子容易从混凝土的表面剥离下来。