14硬化水泥浆体
水泥浆体化学收缩试验方法国标
水泥浆体化学收缩试验方法国标摘要：一、引言二、水泥浆体化学收缩试验方法概述1.试验目的2.试验原理3.试验方法4.试验设备与材料三、国标规范要求1.试验条件2.试验步骤3.结果计算与分析四、试验注意事项1.安全操作2.试验环境要求3.设备维护与保养五、结论与建议正文：一、引言水泥浆体化学收缩试验方法是研究水泥浆体在硬化过程中化学反应对其体积变化的影响的重要手段。
通过该试验，可以了解水泥浆体的化学收缩特性，为优化水泥浆体配方、提高混凝土性能提供理论依据。
本文将介绍水泥浆体化学收缩试验方法的国标规范，以期为相关领域的研究和工作者提供参考。
二、水泥浆体化学收缩试验方法概述1.试验目的水泥浆体化学收缩试验的目的是测定水泥浆体在硬化过程中化学反应引起的体积变化，从而评价水泥的性能和应用效果。
2.试验原理水泥浆体化学收缩试验基于水泥硬化过程中化学反应产生的体积变化原理。
在试验过程中，通过测量水泥浆体在不同时间点的体积，计算其体积变化率，从而得到水泥浆体的化学收缩率。
3.试验方法试验采用干燥法、浸渍法、热膨胀法等多种方法测定水泥浆体的化学收缩。
具体操作方法可参考GB/T 23439-2017《水泥浆体化学收缩试验方法》国家标准。
4.试验设备与材料试验设备包括：天平、量筒、干燥器、恒温水浴、热膨胀仪等。
试验材料主要为水泥、水、附加剂等。
三、国标规范要求1.试验条件试验应在恒温、恒湿的环境中进行，温度控制在20±2℃，相对湿度不低于50%。
2.试验步骤（1）配制水泥浆体：按一定比例将水泥、水、附加剂混合均匀，制成具有一定稠度的浆体。
（2）装模：将浆体倒入模具，密封模具，避免水分蒸发。
（3）养护：将模具置于恒温水浴中，保持温度20±2℃，湿度不低于50%，分别在不同时间点测定浆体体积。
（4）结果计算与分析：根据测得的浆体体积数据，计算化学收缩率，分析水泥浆体的化学收缩特性。
3.结果计算与分析（1）化学收缩率计算：根据试验数据，计算各时间点水泥浆体的体积变化，以百分比表示化学收缩率。
硅酸盐水泥的水化和硬化
C3A＋3CaSO4·2H2O+26H2O＝C3A·3CaSO4·32H2O 当C3A尚未完全水化，而石膏已经耗尽时： C3A·3CaSO4·32H2O +2C3A＋4H2O＝ 3(C3A·CaSO4·12H2O) 当石膏掺量极少，所有的钙矾石都转化为单硫型水化硫铝酸 单硫型水化硫铝酸 钙后，可能有C3A剩余，会发生下述反应： C3A·CaSO4·12H2O +3C3A＋Ca(OH)2+12H2O＝ 2[3CaO·Al2O3(CaSO4、Ca(OH)2）·12H2O]
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当石膏耗尽时，为 AFm C4 AF + H 2O → 水化铝酸钙+ 水化铁酸钙
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1、钙矾石形成期 C3A率先水化。在石膏存在的条件下，迅速形成钙 矾石，这是导致第一放热峰的主要因素。 2、C3S水化期 C3S开始迅速水化，大量放热，形成第二个放热峰 。有时会有第三放热峰或在第二放热峰上出现一个“峰 肩”，一般认为是由于钙矾石转化成单硫型水化硫铝( 铁)酸钙而引起的。同时，C2S和铁相亦以不同程度参与 了这两个阶段的反应，生成相应的水化产物。 3、结构形成和发展期 放热速率很低并趋于稳定，随着各种水化产物的 增多，填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接并相互 交织，发展成硬化的浆体结构。
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C3S凝结时间正常，水化较快，粒径40一50um的颗 粒28d可水化70％左右。放热较多，早期强度高 且后期强度增进率较大．28d强度可达一年强度 的70％一80％，其28d强度和一年强度在四种矿 物中均最高。
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硅酸二钙的水化
• 在常温下，C2S水化式: 2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2 简写为： C2S+nH=C-S-H+(2-x)CH
混凝土凝固的机理
混凝土凝固的机理当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。
随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。
如果原先还掺有集合料如砂、石子等，水泥就会把它们胶结在一起，变成坚固的整体，即我们常说的混凝土。
这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。
从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。
但是在施工中为了保证施工质量，要求在水泥浆体失去其可塑性以前必须结束施工，因此人们根据需要以及水泥浆体的这个特性，人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。
凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低的强度的过程；硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过程。
此外，对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝，用加水后开始计算的时间来表示。
例如，国家标准规定：普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于12h。
使用时施工浇灌过程的时间，必须早于45min；到终凝后，才能脱去模板开始下一个周期生产。
水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理—化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。
水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。
普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（β-2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）四种矿物组成的，它们的相对含量大致为：硅酸三钙37～60％，硅酸二钙15～37％，铝酸三钙7～15％，铁铝酸四钙10～18％。
这四种矿物遇水后均能起水化反应，但由于它们本身矿物结构上的差异以及相应水化产物性质的不同，各矿物的水化速率和强度，也有很大的差异。
水泥硬化的原理
水泥硬化的原理
水泥硬化是水泥与水作用后，产生一种水硬性的凝胶体，使水泥石浆体在外力作用下，发生形变而产生强度的过程。
水是水泥中最主要的成分，约占水泥质量的80%左右。
水泥中还含有硅酸三钙、铁铝酸四钙和铁铝酸五钙等矿物成分，它们在水化后会生成钙、铝和铁等物质，这些物质对水泥起着重要的作用。
1.形成水化层
当水溶液中有足够的游离氧时，可以生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等化合物。
这些化合物与水泥中的二氧化硅反应生成硅酸二钙和硅酸三钙等化合物。
此外，还可生成一些氢氧化钙、水化铝酸钙等化合物。
在适宜条件下，可以生成一些不溶于水的物质，这些物质在水泥水化过程中起着重要作用。
这些物质一般是由铝、铁和硅酸盐组成的混合物。
水化铝酸钙和水化硅酸钙是水化反应产生的产物。
此外，还有一些不溶于水的物质，它们是由碳酸钙、碳酸镁等组成的化合物。
1.硬化体的性质
当水泥石内部含有大量硅酸三钙或硅酸四钙时，就会硬化成一种坚硬、致密、耐磨损的物体。
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净浆流动度
水泥净浆流动度水泥净浆是指水泥加水拌和而成的具有一定的可塑性能的混合物。
水泥经水化硬化而形成的一种人造石成为水泥石，或称为硬化水泥净浆，有时也简称为水泥浆体。
影响水泥净浆流动性的因素：1、熟料：熟料矿物C3A的需水性最大，C2S 最小;所以当熟料中C3A含量增加，或者C2S含量减小时，将使水泥的需水量增大;反之，需水量减小。
当熟料中含碱(K2O、Na2O)量及f-Ca0增加时，也会使用水量增大。
当水泥需水量变大净浆流动性变小。
2、细度、水泥<5um颗粒增加，水泥早期水化速度加快，导致水泥需水量上升、凝结时间缩短、净浆流动降低。
3、水泥颗粒、形状：分布窄，其颗粒堆积空隙车相应要大，需要更多的自由水来填充这些空隙，导致水泥需水性增加，水泥流变性随之变差，表现为水泥净浆流动度降低。
4、石膏：作为水泥组分之一起调凝作用的石膏。
浆体中石膏与C3A、水泥微细颗粒争夺水的现象显得突出，SO3浓度的高低，对抑制水泥中C3A作用大小有明显影响，也会影响预拌混凝土的凝结时间、流动性。
由于不同形态石膏（二水石膏、半水石膏和无水石膏）的溶解度和溶解速率不同，对浆体流动性影响极大。
硬石膏溶解度低，使水泥浆体中可溶性SO3含量不足，出现“欠硫”现象，使拌和物的凝结时间缩短，浆体很快失去流动性；如果水泥中SO3多，多余的S03在水泥浆体硬化后会与C3A的水化物形成钙矾石，产生膨胀应力。
5、粉磨工艺，粉磨温度、磨况会对水泥的颗粒级配、形状、细度和石膏的形态造成影响，进而水泥流动性。
6、水泥的新鲜程度：水泥经定时间的陈化有利于改善同减水剂的适应性。
这是因为相对于存放定时间的水泥来说 ,新鲜水泥的正电性较强，对减水剂吸附大，降低了减水剂对其的塑化效果，使水泥浆体流动性降低。
(工艺技术)水泥工艺学试题
磨工试题填空题1、各种磨机系统的操作控制归纳起来分为：开车前的准备、开停车操作，允许磨机运转与不能运转的条件和运转中的检查工作。
2、石灰石、熟料等物料必须有一定库存储量，一般应满足4小时以上的生产需要。
3、磨机开车前的准备需要检查的项目有那些？4、正常的开车顺序是逆流程开机。
5、磨机启动前，先启动减速机和主轴承的润滑油泵及其他的润滑系统。
6、磨机正常情况下的停车顺序是，先开的设备后停，后开的设备先停。
7、新安装或大修后的磨机，必须在磨内无研磨体和物料的情况进行空车试运转其运转时间不得少于18小时。
8、球磨机操作中的检查工作有喂料系统的检查，磨体和传动部件的检查，润滑系统的检查，检查辅助设备的运转情况。
9、实际操作过程中调整喂料量的依据可以根据磨音变化调整，应用“电耳”检测磨音和控制喂料，根据出磨产品细度变化调整喂料量。
10、烘干磨操作的影响因素主要有衬板形式、研磨体级配和装载量、磨机转速、循环负荷率、选分效率、物料的含水量和粒度、喂料量、热气流的温度和流速等。
11、烘干磨开车前先预热磨机，停车时，先停止热风，再停喂料，最后停磨。
12、满磨（闷磨、饱磨）的征象是磨机进料和出料失去平衡，磨内存料过多，磨音发闷，磨尾下料少，磨头可能出现返料现象。
13、包球的征象是磨音低沉，有时发出“呜呜”的响声，出磨气体水汽大，物料较潮湿，研磨体表面沾上一层细分，磨机粉磨能力减弱，以致造成磨尾排除大量粗颗粒物料。
14、磨机各摩擦面的润滑方式有动压润滑和静压润滑两种。
大型磨机主轴承都采用动静压润滑方式。
15、磨机在工作过程中，各部件的联结螺丝必须经常检查和紧固，决不允许有任何松动现象发生。
16、定期检修按设备损坏程度分为大修和经常修理。
大修的周期一般10年左右，中修2~3年进行一次，小修一般1个月进行一次。
17、凡设备使用一定年限需全部拆卸更换其主要部件者称为大修，除大修以外的各种修理统称为经常修理。
18、立式磨的操作控制要点有：维持稳定料床，寻求适宜的辊压，控制合理的风速，调节一定的出磨气温。
硬化混凝土的结构
硬化混凝土的结构一、概论硬化混凝土的结构由三部分组成：1.水化水泥浆体2.集料.3.水泥浆体和集料间的过渡区.二、集料相的结构集料相对混凝土性能所起的作用，不是化学性的，而是物理性的，诸如：容重、弹性模量、体积稳定性等。
其影响因素是集料的容重、强度、粗集料的形状和机构与粒径等。
混凝土所用的粗料尺寸越大，长条扁平颗粒含量越多，都会使混凝土强度降低，这是由于上述集料表面集聚水膜的倾向越大，从而使水泥浆体与集料间的过渡区减弱。
三、水泥浆体与集料间的过渡区结构1．过渡区的结构水泥浆体与集料间界面过渡区结构和形成，首先是在新捣实的混凝土中，沿粗集料周围包裹了一层水膜，使用贴近粗集料表面的水灰比大于混凝土的本体。
其次，与水泥浆体一样，硫酸钙和铝酸钙化合物溶解产生钙、硫酸根、铝酸盐离子，它们相互结合，形成钙矾石和氢氧化钙。
由于在贴近粗暴集料表面的水灰比值高，此处形成的结晶产物的晶体也大。
因此，在此界面处所形成的骨架结构中的孔隙比水泥浆本体或砂浆基体多。
板状氢氧化钙晶体往往导致取向层的形成，以其C轴垂直于粗集料的表面。
最后，随着水化的继续进行，结晶差的C-S-H 以及氢氧化钙和钙矾石的2次较小的晶体填充于由大钙矾石和氢氧化钙晶体所构成的骨架间孔隙内。
2．过渡区的强度主要取决于3个因素：1。
孔的体积和孔的径大小2。
氢氧化钙晶体的大小与取向层3。
存在的微裂缝。
在水化的早期，过渡区内的孔体积与孔径均比砂浆基体大，因此，过渡区的强度较低。
在的氢氧化钙晶体粘结力较小，不化因为其表面的原因，而且取向层结构为劈裂拉伸破坏提供了有利条件。
混凝土过渡区中微裂缝的存在，是强度低的主要原因，地过渡区中的微裂缝主要以界面缝出现，主要是由于粗集料颗粒周围表面所包裹的水膜所形成。
集料的粒径及其级配，水泥用量，水灰比，养护条件，混凝土表里的温，湿度等因素都会影响裂缝的产生及其数量。
由于裂缝的存在，在受荷过程中会因应力集中面扩展，使混凝土提前破损。
水泥水化硬化过程
水泥水化硬化过程是指水泥与水发生化学反应，形成水化产物，使水泥浆体逐渐凝结和硬化的过程。
水泥水化硬化过程可以分为以下几个阶段：
1. 水化初期：水泥与水接触后，水化反应开始迅速进行。
水化反应主要是水泥中的硅酸盐矿物与水中的氢氧根离子（OH-）发生化学反应，生成硅酸钙凝胶和水化硅酸盐胶体。
在这个阶段，水泥浆体开始逐渐凝结，但仍然呈液态。
2. 凝结阶段：随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐凝结，变得更加粘稠。
硅酸钙凝胶和水化硅酸盐胶体逐渐形成，并填充水泥颗粒之间的空隙，使水泥浆体变得坚固。
在这个阶段，水泥浆体的强度开始增加。
3. 硬化阶段：水泥浆体逐渐变得坚硬，形成水泥石。
水化反应继续进行，水化产物的数量和密度增加，水泥石的强度不断提高。
在这个阶段，水泥石的强度会逐渐达到设计要求。
水泥水化硬化的过程受到多种因素的影响，包括水泥的成分、水泥与水的比例、温度、湿度等。
不同的水泥和水泥浆体配比可以产生不同的水化硬化过程和水泥石性能。
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水化反应愈完全，水泥石总孔隙率降低，毛细孔 减少，凝胶孔相对增加。
孔结构
各种尺寸的孔也是硬化水泥浆体的一个重 要组成，总孔隙率、孔径及其分布、孔的形态 以及孔壁所形成的巨大内表面积，都是硬化水 泥浆体的重要结构特征。
孔的形成：在水化过程中，水化产物的体积要大 于熟料矿物的体积。据计算，每1cm3的水泥水化 后约需占据2.2cm3的空间。即约45%的水化产物处 于水泥颗粒原来的周界之内，成为内部水化产物； 另有55%则为外部水化产物，占据着原先充水的 空间。随着水化过程的进展，原来充水的空间减 少，而没有被水化产物填充的空间，则逐渐被分 割成形状极不规则的毛细孔。
7.3 硬化水泥浆体
水泥加水拌成的浆体，起初具有可塑性和流 动性。随着水化反应的不断进行，浆体逐渐失去 流动能力，转变为具有一定强度的固体，即为水 泥的凝结与硬化。 硬化水泥浆体是一非均质的多相体系，由各 种水化产物和残留熟料所构成的固相以及存在于 孔隙中的水和空气所组成，是固液气三相多孔体。
水泥石的组成
从实用的观点出发，常将硬化浆体中的水分为：蒸发 水（We）和非蒸发水（Wn）两类。
蒸发水：是指在规定的基准条件下能除去的水。主要 为毛细孔水、自由水和凝胶水，还有水化硫铝酸钙、 水化铝酸钙和C-S-H凝胶中一部分结合不牢的结晶水。
非蒸发水：指在规定的基准条件下不能除去的水。 有人称这部分水为“化学结合水”。实际上它不是 真正的化学结合水，而仅仅代表化学结合水的一个 近似值。
吸附水：以中性水分子的形式存在，但并不参与组成水 化物的晶体结构，而是在吸附效应或毛细管力的作用下被 机械地吸附于固相粒子表面或孔隙之中。按其所处的位置， 分为凝胶水和毛细孔水两种。 凝胶水：包括凝胶微孔内所含水分及胶粒表面吸附的水 分，由于受凝胶表面强烈吸附而高度定向。结合强弱可能 有相当差别，脱水温度有较大的范围。凝胶水的数量大体 上正比于凝胶体的数量。鲍维斯认为凝胶水占凝胶体积的 28%，基本上是个常数。 毛细孔水：仅受到毛细管力的作用，结合力较弱，脱水 温度也较低。在数量上取决于毛细孔的数量。 自由水：又称游离水，存在于粗大孔隙内，与一般水的 性质相同。
水及其存在形式
水泥硬化浆体中的水有不同的存在形式，按其与固 相组成的作用情况，可分为结晶水、吸附水和自由 水等基本类型。 结晶水：又称化学结合水，根据其结合力的强 弱，又分为强结晶水和弱结晶水。 强结晶水：又称晶体配位水，以OH离子状态存 在，并占有晶格上的固定位置，和其他元素有确定 的含量比，结合力强。只有在较高温度下晶格破坏 时才能将其脱去，如Ca(OH)2。
C-S-H
氢氧化 钙 钙矾石 单硫型 水化硫 铝酸钙
OM SEM OM SEM SEM
水泥浆体随水化反应的不断进行，水化产物逐渐充 满原来由水占据的空间，固体粒子逐渐靠近，构成密 集的整体。
可将水泥石看成是由水泥凝胶、吸附在凝胶孔内的 凝胶水、Ca(OH)2等结晶相、未水化水泥颗粒、毛细 孔及毛细孔水所组成。
弱结晶水:则是以中性水分子H2O形式存在的水，在 晶格中也占据固定位置，由氢键00℃以上即可脱去，不会导致晶格的破坏。
层间水：当晶体为层状结构时，常存在于层状结构之 间，称为层间水。层间水在矿物中的含量不定，随外 界的温、湿度而变，温度升高、湿度降低时会使部分 层间水脱出，使相邻层之间的距离减少，从而会引起 某些物理性质的相应变化。
结晶度较差呈似无定形或无定形的水化硅酸钙C-SH凝胶 结晶较好的氢氧化钙、钙矾石、单硫型水化硫铝 （铁）酸钙以及水化铝（铁）酸钙晶体 还有部分未水化的熟料颗粒和极少量的无定形氢氧 化钙、玻璃质、有机外加物等。
水泥硬化浆体中主要水化产物的基本特征
名称 密度 结晶 形貌 尺寸 g/cm3 程度 2.3- 极差 纤维状、网络状、 1μm×0.1 2.6 皱箔状等大粒状， μm 水化后期不易分辨 厚度＜ 0.01μm 2.24 良好 六方板状 0.010.1mm 1.75 好 带棱针状 10μm×0. 5μm 1.95 尚好 六方薄板状、不规 1μm×1μ 则花瓣状 m×0.1μm 鉴别 手段 SEM
试验表明，蒸发水的体积可概括地作为浆体内 孔隙体积的量度，含量越大，在一定干燥条件 下出现的毛细孔隙就越多。 非蒸发水则与水化产物的数量多少存在着一定的 比例关系，在不同龄期实测的非蒸发水量可以作 为水泥水化程度的一个表征值。
总结语：硬化水泥浆体中既有固相的水泥水化 产物和未水化的残存熟料，又有水或空气充填 在各类孔隙之中，是非均质的三相体系，相当 复杂，目前还不能完全阐明结构的真相，但必 须从组成、形貌、构造等各个方面，从不同层 次进行研究理解。