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实验一 水泥试验
一、 水泥试验的一般规定
1.取样方法, 以同一水泥厂、 同品种、 同强度等级、 同期到达的水泥进行取样和编号。一般以不超过100t为一个取样单位, 取样应具有代表性, 可连续取, 也可在20个以上不同部位抽取等量的样品, 总量不少于12kg。
2.取的试样应充分拌匀, 分成两份, 其中一份密封保存3个月, 试验前, 将水泥经过0.9mm的方孔筛, 并记录筛余百分率及筛余物情况。
3.试验用水必须是洁净的淡水。
4.试验室温度应为( 20±2) ℃, 相对湿度应不低于50%; 湿气养护箱温度为( 20±1) ℃, 相对湿度应不低于90%; 养护池水温为( 20±1) ℃。
5.水泥试样、 标准砂、 拌和水及仪器用具的温度应与试验室温度相同。
二、 水泥细度试验
水泥细度检验分水筛法和负压筛法, 如对两种方法检验的结果有争议时, 以负压筛法为准。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示, 采用透气式比表面积仪测定。
( 一) 负压筛法
1.主要仪器设备
负压筛析仪〔由0.045mm方孔筛、 筛座( 见图试1.1) 、 负压源及收尘器组成〕; 天平( 感量0.1g) 。

图试1.1 负压筛析仪示意图
2.试验步骤
( 1) 检查负压筛析仪系统, 调节负压至4000～6000Pa范围内。
( 2) 称取水泥试样25g, 精确至0.1g。置于负压筛中, 盖上筛盖并放在筛座上。
( 3) 启动负压筛析仪, 连续筛析2min, 在此间若有试样粘附于筛盖上, 可轻轻敲击使试样落下。
( 4) 筛毕, 取下筛子, 到出筛余物, 用天平称量筛余物的质量, 精确至0.1g。
3.结果计算
以筛余物的质量克数除以水泥试样总质量的百分数, 作为试验结果。本试验以一次试验结果作为检验结果。
( 二) 水筛法
1.主要仪器设备
水筛及筛座〔采用边长为0.080mm的方孔铜丝筛网制成, 筛框内径125mm, 高80mm( 如图试1.2所示) 〕; 喷头〔直径55mm, 面上均匀分布90个孔, 孔径0.5~0.7mm, 喷头安装高度离筛网35～75mm为宜, 见图试1.3〕; 天平( 称量为100g, 感量为0.05g) ; 烘箱等。

图试1.2 水筛示意图 图试1.3 筛座示意图
2.试验步骤
( 1) 称取水泥试样50g, 倒入水筛内, 立即用洁净的自来水冲至大部分细粉过筛, 再将筛子置于筛座上, 用水压0.03～0.07MPa的喷头连续冲洗3min。
( 2) 将筛余物冲到筛的一边, 用少量的水将其全部冲至蒸发皿内, 沉淀后将水倒出。
( 3) 将蒸发皿在烘箱中烘至恒重, 称量筛余物, 精确至0.1g。
3.结果计算
以筛余物的质量克数除以水泥试样质量克数的百分数, 作为试验结果。本试验以一次试验结果作为检验结果。
三、 水泥标准稠度用水量测定( 标准法)
1.主要仪器设备
水泥净浆搅拌机( 由主机、 搅拌叶和搅拌锅组成) ; 标准法维卡仪〔主要由试杆和盛装水泥净浆的试模两部分组成( 如图试1.4所示) 〕; 天平、 铲子、 小刀、 平板玻璃底板、 量筒等。

a) 初凝时间测定用立式试模的侧视图 b) 终凝时间测定用反转试模的前视图

c) 标准稠度试杆 d) 初凝用试针 e) 终凝用试针
图试1.4 测定水泥标准稠度和凝结时间用的维卡仪
2.试验步骤
( 1) 调整维卡仪并检查水泥净浆搅拌机。使得维卡仪上的金属棒能自由滑动, 并调整至试杆( 见图试1.4c) 接触玻璃板时的指针对准零点。搅拌机运行正常, 并用湿布将搅拌锅和搅拌叶片擦湿。
( 2) 称取水泥试样500g, 拌和水量按经验确定并用量筒量好。
( 3) 将拌和水倒入搅拌锅内, 然后在5s～10s内将水泥试样加入水中。将搅拌锅放在锅座上, 升至搅拌位, 启动搅拌机, 先低速搅拌120s, 停15s, 再快速搅拌120s, 然后停机。
( 4) 拌和结束后, 立即将水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中, 用小刀插捣, 轻轻振动数次排出气泡, 刮去多余净浆; 抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上, 调整试杆至与水泥净浆表面接触, 拧紧螺丝, 然后突然放松, 试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。
( 5) 在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。
3.试验结果
以试杆沉入净浆并距底板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度水泥净浆。标准稠度用水量( P) 以拌和标准稠度水泥净浆的水量除以水泥试样总质量的百分数为结果。
四、 水泥净浆凝结时间测定
1.主要仪器设备
标准法维卡仪〔将试杆更换为试针, 仪器主要由试针和试模两部分组成( 如图试1.4所示) 〕; 其它仪器设备同标准稠度测定。
2.试验步骤
( 1) 称取水泥试样500g, 按标准稠度用水量制备标准稠度水泥净浆, 并一次装满试模, 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。
( 2) 初凝时间的测定。首先调整凝结时间测定仪, 使其试针( 见图试1.4d) 接触玻璃板时的指针为零。试模在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定: 将试模放在试针下, 调整试针与水泥净浆表面接触, 拧紧螺丝, 然后突然放松, 试针垂直自由地沉入水泥净浆。观察试针停止下沉或释放使者30s时指针的读数。临近初凝时, 每隔5min测定一次, 当试针沉至距底板4mm±1mm时为水泥达到初凝状态。
( 3) 终凝时间的测定〔为了准确观察试针( 见图试1.4e) 沉入的状况, 在试针上安装一个环形附件〕。在完成水泥初凝时间测定后, 立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下, 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, 当试针沉入水泥净浆只有0.5mm时, 既环形附件开始不能在水泥浆上留下痕迹时, 为水泥达到终凝状态。
( 4) 达到初凝或终凝时应立即重复一次, 当两次结论相同时才能定为到达初凝或终凝状态。每次测定不能让试针落入原针孔, 每次测定后, 须将试模放回湿气养护箱内, 并将试针搽净, 而且要防止试模受振。
3.试验结果
( 1) 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。
( 2) 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。
五、 水泥体积安定性的测定
1.主要仪器设备
雷式夹( 由铜质材料制成, 其结构见图试1.5。当用300g砝码校正时, 两根针的针尖距离增加应在17.5mm±2.5mm范围内, 见图试1.6) ; 雷式夹膨胀测定仪( 其标尺最小刻度为0.5mm, 见图试1.7所示) 。沸煮箱( 能在30min±5min内将箱内的试验用水由室温升至沸腾状态并保持3h以上, 整个过程不需要补充水量) ; 水泥净浆搅拌机、 天平、 湿气养护箱、 小刀等。

图试1.5 雷式夹示意图 图试1.6 雷式夹校正图

图试1.7 雷式夹膨胀测定仪示意图
2.试验步骤
( 1) 测定前准备工作: 每个试样需成型两个试件, 每个雷式夹需配备两块质量为75g～85g的玻璃板, 一垫一盖, 并先在与水泥接触的玻璃板和雷式夹表面涂一层机油。
( 2) 将制备好的标准稠度水泥净浆立即一次装满雷式夹, 用小刀插捣数次, 抹平, 并盖上涂油的玻璃板, 然后将试件移至湿气养护箱内养护24h±2h。
( 3) 脱去玻璃板取下试件, 先测量雷式夹指针尖的距离( A) , 精确至0.5mm。然后将试件放入沸煮箱水中的试件架上, 指针朝上, 调好水位与水温, 接通电源, 在30min±5min之内加热至沸腾, 并保持3h±5min。
( 4) 取出沸煮后冷却至室温的试件, 用雷式夹膨胀测定仪测量试件雷式夹两指针尖的距离( C) , 精确至0.5mm。
3.试验结果
当两个试件沸煮后增加的距离( C－A) 的平均值不大于5.0mm时, 既认为水泥安定性合格。当两个试件的( C－A) 值相差超过4.0mm时, 应用同一样品立即重做一次试验。再如此, 则认为该水泥为安定性不合格。
六、 水泥胶砂强度检验
根据国家标准《硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥》( GB175—1999) 和( GB/T17671—1999) 《水泥胶砂强度检验方法( ISO法) 》的规定, 测定水泥的强度, 应按规定制作试件, 养护, 并测定其规定龄期的抗折强度和抗压强度值。
( 一) 主要仪器设备
行星式胶砂搅拌机( 是搅拌叶片和搅拌锅相反方向转动的搅拌设备, 见图试1.8) 。胶砂试件成型振实台; 试模( 可装拆的三联试模, 试模内腔尺寸为40mm×40mm×160mm, 见图试1.9) ; 水泥电动抗折试验机; 抗压试验机; 抗压夹具, 见图试1.10; 套模、 两个播料器、 刮平直尺、 标准养护箱等。

图试1.8 胶砂搅拌机示意图 图试1.9 典型水泥试模 图试1.10 典型抗压夹具
( 二) 试验步骤
1.制作水泥胶砂试件
( 1) 水泥胶砂试件是由水泥、 中国ISO标准砂、 拌和用水按1︰3︰0.5的比例拌制而成。一锅胶砂可成型三条试体, 每锅材料用量见表试1.1。按规定称量好各种材料。
每锅胶砂的材料用量 表试1.1
材料
水泥
中国ISO标准砂
水
用量, g
450±2
1350±5
225±1
( 2) 将水加入胶砂搅拌锅内, 再加入水泥, 把锅放在固定架上, 升至固定位置, 然后启动机器, 低速搅拌30s, 在第二个30s开始时, 同时均匀的加入标准砂。再高速搅拌30s。停90s, 在第一个15s内用一胶皮刮具将叶片上和锅壁上的胶砂刮入锅内, 在调整下继续高速搅拌60s。胶砂搅拌完成。各阶段的搅拌时间误差应在±1s内。
( 3) 将试模内壁均匀涂刷一层机油, 并将空试模和套模固定在振实台上。
( 4) 用勺子将搅拌锅内的水泥胶砂分两次装模。装第一层时, 每个槽里先放入300g胶砂, 并用大播料器刮平, 接着振动60次, 再装第二层胶砂, 用小播料器刮平, 再振动60次。
( 5) 移走套模, 取下试模, 用金属直尺以近视90°的角度架在试模模顶一端, 沿试模长度方向做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, 并用同一直尺以近视水平的情况将试件表面抹平。
2.水泥胶砂试件的养护
( 1) 将成型好的试件连同试模一起放入标准养护箱内, 在温度( 20±1) ℃, 相对湿度不低于90%的条件下养护。
( 2) 养护到20～24h之间脱模( 对于龄期为24h的应在破坏试验前20min内脱模) 。将试件从养护箱中取出, 用毛笔编号, 编号时应将每个三联试模中的三条试件编在两龄期内, 同时编上成型与测试日期。然后脱模, 脱模时应防止损伤试件。对于硬化较慢的水泥允许24h后脱模, 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, 养护水温为( 20±1) ℃, 水平放置时刮平面朝上, 试件之间留有间隙, 水面至少高出试件5mm, 并随时加水以保持恒定水位, 不允许在养护期间完全换水。
( 4) 水泥胶砂试件养护至各规定龄期。试件龄期是从水泥加水搅拌开始起算。不同龄期的强度在下列时间里进行测定: 24h±15min; 48h±30min; 72h±45min; 7d±2h; ＞28d±8h。
3.水泥胶砂试件的强度测定
水泥胶砂试件在破坏试验前15min从水中取出。揩去试件表面的沉积物, 并用湿布覆盖至试验为止。先用抗折试验机以中心加荷法测定抗折强度; 然后将折断的试件进行抗压试验测定抗压强度。
( 1) 抗折强度试验
将试件安放在抗折夹具内, 试件的侧面与试验机的支撑圆柱接触, 试件长轴垂直于支撑圆柱, 见图试1.11。启动试验机, 以( 50±10) N/s的速度均匀地加荷直至试体断裂。记录最大抗折破坏荷载( N) 。

图试1.11 抗折强度测定示意图
( 2) 抗压强度试验
抗折强度试验后的六个断块试件保持潮湿状态, 并立即进行抗压试验。将断块试件放入抗压夹具( 见图试1.10) 内, 并以试件的侧面作为受压面。启动试验机, 以( 2.4±0.2) kN/s的速度进行加荷, 直至试件破坏。记录最大抗压破坏荷载( N) 。
( 三) 结果评定
1.抗折强度
( 1) 每个试件的抗折强度fce,m按下式计算( 精确至0.1MPa) :

式中 F——折断时施加于棱柱体中部的荷载, N;
L——支撑圆柱体之间的距离, mm。L＝100mm;
b——棱柱体截面正方形的边长, mm。b＝40mm。
( 2) 以一组三个试件抗折结果的平均值作为试验结果。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。试验结果, 精确至0.1MPa。
2.抗压强度
( 1) 每个试件的抗压强度fce,c按下式计算( MPa, 精确至0.1MPa) :

式中 F——试件破坏时的最大抗压荷载, N;
A——受压部分面积, mm2( 40mm×40mm＝1600mm2) 。
( 2) 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试验结果。如六个测定值中有一个超出六个平均值的±10％, 就应剔除这个结果, 而以剩下五个的平均值作为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均值±10％的, 则此组结果作废。试验结果精确至0.1MPa。