測(cè)定水泥安定性

1、測(cè)定水泥安定性（一）概述水泥加水后在硬化過(guò)程中，一般都會(huì)發(fā)生體積變化，如果這種變化是在熟料礦物水化過(guò)程中發(fā)生的均勻體積變化，或伴隨著水泥石凝結(jié)硬化過(guò)程中進(jìn)行，則對(duì)建筑物質(zhì)量無(wú)不良影響。但如果因水泥中某些有害成分的作用，水泥、混凝土已硬化后，在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的不均勻體積變化，則在建筑物內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生破壞應(yīng)力，導(dǎo)致建筑物強(qiáng)度下降。若破壞應(yīng)力超過(guò)建筑物強(qiáng)度，就會(huì)引起建筑物開(kāi)裂、崩潰、倒塌等嚴(yán)重質(zhì)量事故。反映水泥凝結(jié)硬化后體積變化均勻性物理性質(zhì)的指標(biāo)稱為水泥的體積安定性，簡(jiǎn)稱安定性。安定性是水泥重要的品質(zhì)指標(biāo)之一。我國(guó)水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，安定性不合格的水泥為廢品，嚴(yán)禁出廠。影響水泥體積安定性的主要

2、因素是由于水泥中存在過(guò)量的f-CaO、MgO和SO3引起的，其中f-CaO是影響水泥安定性最常見(jiàn)、最嚴(yán)重的因素之一。水泥熟料礦物主要是在高溫下固相反應(yīng)生成，反應(yīng)完全程度受到生料配比、細(xì)度、混合均勻程度、燒成溫度等條件影響。當(dāng)氧化鈣與氧化硅、氧化鋁、氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)不完全，便剩余一些未被化合吸收的氧化鈣，稱為游離氧化鈣（f-CaO）。熟料中f-CaO經(jīng)14001450高溫煅燒（俗稱死燒石灰），結(jié)構(gòu)致密，且包裹在熟料礦物中，遇水反應(yīng)式為：CaO+H2OCa(OH)2CaO與水反應(yīng)生成Ca(OH)2，固相體積增大1.98倍，如果這一過(guò)程在水泥硬化前完成，對(duì)水泥安定性無(wú)危害。但水泥中f-CaO在常溫下

3、水化反應(yīng)緩慢，至水泥、混凝土硬化后較長(zhǎng)一段時(shí)間（一般需36個(gè)月）內(nèi)才完全水化，水化后由于固相體積增大一倍，在已硬化的水泥石內(nèi)部產(chǎn)生局部膨脹，造成混凝土強(qiáng)度大大下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致建筑物開(kāi)裂、崩潰。熟料中f-CaO的產(chǎn)生條件不同，形態(tài)也不同，一種是因欠燒、漏生，即在11001200低溫下形成的f-CaO，稱欠燒f-CaO。這種f-CaO結(jié)構(gòu)疏松多孔，遇水反應(yīng)快，對(duì)水泥安定性危害不大；但因生燒熟料及黃粉中熟料主要礦物量很少，強(qiáng)度很低，所以對(duì)水泥質(zhì)量影響很大。另一種為高溫未化合的f-CaO，稱一次f-CaO，這是因?yàn)樯巷柡捅冗^(guò)高，熔劑礦物少，生料粗，混合不均勻，煅燒時(shí)間不足而形成。這種f-CaO經(jīng)1

4、4001450高溫煅燒，且包裹在礦物中，不易水化，對(duì)水泥安定性危害很大。還有一種是高溫分解的f-CaO，稱二次f-CaO，大多在立窯熟料中產(chǎn)生，由于立窯內(nèi)通風(fēng)不良，產(chǎn)生一定的還原氣氛，即CO將Fe203還原為FeO，F(xiàn)eO進(jìn)入C3S晶格中，使C3S穩(wěn)定性大大降低，冷卻過(guò)程中C3S分解為C2S與CaO。后者分散在熟料礦物中，水化很慢，對(duì)水泥危害性很大。而且二次f-CaO用甘油乙醇法難以測(cè)定。 熟料中f-CaO對(duì)安定性的影響，用沸煮法檢驗(yàn)，有雷氏法（標(biāo)準(zhǔn)法）和試餅法（代用法）兩種方法，有矛盾時(shí)以雷氏法為準(zhǔn)。通用六大水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，水泥安定性用沸煮法檢驗(yàn)必須合格。為確保水泥安定性合格，在水泥生產(chǎn)

5、過(guò)程中，控制回轉(zhuǎn)窯熟料中f-Ca0含量應(yīng)小于1%1.5%，機(jī)立窯熟料中f-CaO含量應(yīng)小于3.0%。熟料中MgO主要是由石灰石原料帶入的，在熟料煅燒過(guò)程中，MgO大多呈游離狀態(tài)存在，經(jīng)過(guò)14001500的高溫，MgO晶體發(fā)展粗大，結(jié)構(gòu)致密（呈死燒狀態(tài)）并包裹在熟料礦物中間，與水反應(yīng)速度極慢。通常認(rèn)為經(jīng)過(guò)1020年或更長(zhǎng)時(shí)間仍在繼續(xù)水化，其水化反應(yīng)為： MgO+H2OMg(OH)2Mg0水化生成Mg(OH)2時(shí)，固相體積增大到2.48倍，局部體積膨脹，在已硬化的水泥石內(nèi)部產(chǎn)生很大的破壞應(yīng)力，輕者會(huì)降低建筑物強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成建筑物破壞，如開(kāi)裂、崩潰等。尤其是熟料中死燒MgO比死燒CaO更難水化，

6、用沸煮法不能使MgO大量水化，故要在高溫高壓條件下用壓蒸法檢驗(yàn)熟料中MgO含量對(duì)水泥安定性影響。通用六大水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，硅酸鹽水泥、普通水泥中MgO含量不得超過(guò)5.0%，如果水泥壓蒸安定性測(cè)定合格，則水泥中MgO含量允許放寬到6.0%；礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥熟料中MgO含量不得超過(guò)5.0%，如果水泥壓蒸安定性測(cè)定合格，則熟料中MgO含量允許放寬到6.0%。水泥中SO3含量主要是由石膏中帶入的。為調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間，在粉磨水泥時(shí)摻加一定數(shù)量石膏，在有石膏的條件下，熟料礦物中C3A水化生成鈣礬石，其化學(xué)反應(yīng)如下：C3A+3CaSO4·2H2O+30H2OC3A

7、83;3CaSO4·32H2O生成的鈣礬石固相體積增大到2.22倍，這種反應(yīng)是在水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中進(jìn)行的，水泥、混凝土尚具有一定塑性，故體積膨脹不會(huì)對(duì)水泥、混凝土體積安定性造成不良影響。若石膏摻量過(guò)多會(huì)使水泥、混凝土硬化之后剩余較多的石膏，并繼續(xù)與C3A反應(yīng)生成鈣礬石，則因固相體積增大，發(fā)生局部體積膨脹，破壞已硬化的水泥石結(jié)構(gòu)，造成建筑物強(qiáng)度下降，嚴(yán)重時(shí)開(kāi)裂或崩潰。通用六大水泥標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，硅酸鹽水泥、普通水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥及復(fù)合水泥，水泥中三氧化硫含量不得超過(guò)3.5%，礦渣水泥中三氧化硫含量不得超過(guò)4.0%。（二）基本原理1. 沸煮法由于水泥熟料中f-Ca0呈死燒狀態(tài)，在常

8、溫下水化反應(yīng)緩慢，通過(guò)高溫（100）沸煮3h，使其與水完全反應(yīng)，觀測(cè)水泥石體的體積膨脹程度或外形變化程度。2. 壓蒸測(cè)定由于水泥熟料中MgO主要來(lái)源于原料，經(jīng)高溫煅燒呈死燒狀態(tài)并包裹在熟料礦物中間，比死燒f-Ca0更難水化，在常溫常壓下很難使其大量水化。通過(guò)高溫（215.7）、高壓（2MPa），經(jīng)一定時(shí)間（3h）壓蒸，使其在較短的時(shí)間內(nèi)絕大部分水化，觀測(cè)水泥石體的膨脹率。（三）儀器1. 沸煮箱以FZ-31型沸煮箱為例介紹。（1）.結(jié)構(gòu)如圖1.23要由箱蓋1，內(nèi)外箱體2，箱篦3，保溫層4，管狀加熱器5（兩組），管接頭6，銅熱水嘴7，水封槽8，罩殼9，電氣控制箱10組成。圖1.23沸煮箱構(gòu)造示意圖

9、1-箱蓋；2-內(nèi)外箱體；3-箱篦；4-保溫層；5-管狀加熱器；6-管接頭；7-銅熱水器；8-水封槽；9-罩殼；10-電氣控制箱（2）技術(shù)要求最高沸煮溫度100°C；煮沸名義容積31L；升溫時(shí)間（20升至I00）30±5min：加熱時(shí)間控制03.5h；管狀加熱器功率4kW/220V（共2組各為lkW和3kW）。（3）使用與維修為了試餅法與雷氏法可同時(shí)使用，以對(duì)比水泥安定性測(cè)定結(jié)果，特將篦板高度降低，使用時(shí)（包括只作雷氏夾法），篦板務(wù)必置于試餅之上。沸煮箱內(nèi)必須用潔凈淡水，久用后箱內(nèi)可能積水垢，應(yīng)定期清洗。加熱前必須添加水至180mm高度，以防加熱器燒壞，加熱完畢先切斷電源，再

10、排放箱內(nèi)水，并經(jīng)常除去積垢。沸煮前，水封槽必須盛滿水，在沸煮時(shí)起密封作用。箱體外殼必須可靠接地，以保安全。調(diào)整時(shí)間繼電器限定時(shí)間必須在工作開(kāi)關(guān)（按鈕）合上發(fā)前。設(shè)備搬遷時(shí)切忌在水封槽框處用力。2. 雷氏夾由銅質(zhì)材料制成，其結(jié)構(gòu)如圖1.24，根指針的根部先懸掛在一根金屬絲或尼龍絲上，另一根指針的根部再掛上300g的砝碼時(shí)，兩根指針的針尖距離應(yīng)在17.5±2.5mm范圍以內(nèi)，去掉砝碼針尖的距離能恢復(fù)至掛砝碼前的狀態(tài)。圖1.24雷氏夾1-指針；2-環(huán)模3. 雷氏夾膨脹值測(cè)定儀如圖1.25檢驗(yàn)雷氏夾的彈性要求和測(cè)定經(jīng)養(yǎng)護(hù)、沸煮后水泥凈漿試件的膨脹值。測(cè)定范圍±25mm，標(biāo)尺最小刻度

11、1mm。4. 壓蒸釜為高壓水蒸氣容器，裝有壓力自動(dòng)控制裝置、壓力表、安全閥和電熱器。電熱器能在最大檢測(cè)荷載條件下，4575min內(nèi)使鍋內(nèi)水氣壓力升至表壓2.0MPa，恒壓時(shí)盡量不使蒸汽排出。壓力自動(dòng)控制器應(yīng)能使鍋內(nèi)壓力控制在2.0±0.05MPa（相當(dāng)于215.7±1.3）范圍內(nèi)，并保持3h以上。壓蒸釜在停止加熱30min內(nèi)能使壓力從2.0MPa降至0.1MPa以下。放氣閥用于加熱初期排除鍋內(nèi)空氣和在冷卻終期放出鍋內(nèi)剩余水氣。壓力表的最大量程為4.0MPa，最小分度值不得大于0.05MPa。壓蒸釜蓋上還應(yīng)備有溫度測(cè)量孔，插入溫度計(jì)后能測(cè)出釜內(nèi)的溫度。5. 比長(zhǎng)儀見(jiàn)圖1.26

12、表及支架組成。百分表刻度值最小為0.01mm，量程1cm。6. 試模與測(cè)量頂頭試模尺寸見(jiàn)圖1.27寬與高均為25mm，長(zhǎng)度為280mm。模板頂端有安裝測(cè)量頂頭的小孔，小孔位置必須保證測(cè)量頂頭在試體的中心線上。測(cè)量頂頭見(jiàn)圖1.28銹鋼或其他硬質(zhì)不銹蝕的金屬材料制成的。試體有效長(zhǎng)度是指試體兩端測(cè)量頂頭內(nèi)側(cè)問(wèn)的長(zhǎng)度，應(yīng)為250±2.5mm。測(cè)量頂頭伸入試體深度應(yīng)為15±1mm。在例行檢測(cè)中，允許用10mm×10mm×60mm小試體，但當(dāng)檢測(cè)結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí)以25mm×25mm×250mm試體的檢驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。7. 搗棒搗棒用金屬材料制成，受壓面2

13、3mm×23mm。8. 拌和鍋拌和鍋為半球形，內(nèi)徑400mm，高100mm，壁厚23mm。9. 拌和鏟拌和鏟用鋼板制成，直徑100mm，厚1mm。 圖1.25雷氏夾膨脹值檢測(cè)儀 圖1.26比長(zhǎng)儀1-底座；2-模子座；3-測(cè)彈性標(biāo)尺； 1-百分表；2-支架4-立柱；5-測(cè)膨脹值標(biāo)尺；6-懸臂；7-懸絲；8-彈簧頂鈕 圖1.2725mm×25mm×250mm試模 圖1.28測(cè)量頂頭用鋼板制成，制成直徑100mm，厚1mm。（四）測(cè)定方法1. 雷氏夾（標(biāo)準(zhǔn)法）（1）準(zhǔn)備兩支彈性合格的雷氏夾，每個(gè)雷氏夾需配備兩個(gè)邊長(zhǎng)或直徑約為80mm、厚度4mm5mm的玻璃板。凡與水泥凈

14、漿接觸的玻璃板和雷氏夾表面稍稍涂上一層油。（2）將預(yù)先準(zhǔn)備好的雷氏夾放在已稍擦油的玻璃板上，并立即將已制備好的標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿一次裝滿雷氏夾，裝漿時(shí)一只手輕輕扶持雷氏夾，另一只手用寬約25mm的直邊刀在漿體表面輕輕插到3次，然后抹平，蓋上稍涂油的玻璃板，編號(hào)后，接著立即將試件移至濕氣養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)24±2h。（3）取出試件，脫去上、下兩塊玻璃板，將雷氏夾放在膨脹值測(cè)定儀上，測(cè)出雷氏夾指針尖端間的距離A，精確到0.5mm。（4）將試件放入沸煮箱的試件架上，指針朝上，在305min內(nèi)加熱至沸并恒沸1805min。（5）沸煮結(jié)束后，立即沸煮箱中的熱身，打開(kāi)箱蓋，待箱體冷卻至室溫，取出試件，在膨脹

15、值測(cè)定儀上測(cè)量并記錄雷氏夾指針尖端間距（C），準(zhǔn)確值0.5mm。當(dāng)兩個(gè)試件煮后增加距離（C-A）的平均值不大于5.0mm時(shí)，即認(rèn)為安定性合格，大于5.0mm則安定性不合格。當(dāng)兩個(gè)試件的（C-A）值相差大于4.0mm時(shí)，應(yīng)重做測(cè)定。詳細(xì)判定過(guò)程見(jiàn)表1.35。表1.35詳細(xì)判定過(guò)程表水泥編號(hào)雷氏夾號(hào)煮前指針距離A（mm）煮后指針距離C（mm）增加距離（C-A）（mm）兩個(gè)結(jié)果差值（mm）平均值（mm）結(jié)果判定A112.015.03.00.53.2合格211.014.53.5B111.014.03.03.54.8合格211.518.06.5C112.014.02.05.04.5重做212.019.0

16、7.0D112.518.05.50.55.8不合格211.017.06.02. 試餅法（代用法）（1）準(zhǔn)備兩塊100mm×100mm玻璃板，在與水泥凈漿接觸面上稍稍涂上一層油。（2）將按標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量檢驗(yàn)方法拌制好的凈漿取一部分分成兩等份，使之呈球形，分別置于兩塊玻璃板上。輕輕振動(dòng)玻璃板，并用濕布擦過(guò)的小刀由邊緣向中央抹，做成直徑7080mm、中心厚約10mm、邊緣漸薄、表面光滑的試餅。試餅制作必須規(guī)范，直徑過(guò)大、過(guò)小、邊緣鈍厚都會(huì)影響測(cè)定結(jié)果。（3）將成型好的試餅編號(hào)后，立即放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)24±2h。（4）從玻璃板上取下試餅，檢查有無(wú)裂縫，如有應(yīng)查找原因。應(yīng)注意火山灰

17、水泥可能產(chǎn)生的干縮裂縫，礦渣水泥可能發(fā)生的起皮。將經(jīng)檢查無(wú)裂縫的試餅放入沸煮箱水中篦板上，在30±5min內(nèi)煮沸，并維持180±5min。到時(shí)放水、開(kāi)箱、冷卻至室溫。（5）取出試餅進(jìn)行判定，目測(cè)試餅未發(fā)現(xiàn)裂縫，用鋼直尺檢查無(wú)彎曲（使鋼直尺與試餅底部緊靠，以兩者問(wèn)不透光為不彎曲），則安定性合格；反之，出現(xiàn)崩潰、龜裂、疏松、彎曲為不合格。當(dāng)兩塊試餅一塊合格一塊不合格時(shí)，則判定該水泥安定性為不合格。3. 壓蒸試驗(yàn)（1）準(zhǔn)備好兩套試模，并在模內(nèi)壁涂上一薄層機(jī)油，將頂頭裝入試模兩端小孔內(nèi)，注意頂頭不沾油，以免水泥粘結(jié)不平而松動(dòng)脫落。（2）稱取水泥試樣800g，置于濕布擦過(guò)的拌和鍋內(nèi)，

18、用拌和鏟（濕布擦過(guò)）在水泥上劃一小坑，按標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量一次加入水（準(zhǔn)確至0.5m1），用水泥將坑覆蓋，輕輕拌和后在不同方向翻動(dòng)與擠壓，拌和時(shí)間從加水算起5min。（3）將拌好的水泥漿體分兩層裝試模。第一層裝入試模高度的3/5，用小刀插實(shí)，頂頭兩側(cè)多插實(shí)幾次，后用23mm×23mm搗棒由頂頭內(nèi)側(cè)開(kāi)始，從一端向另一端依次搗壓10次，往返共搗壓20次。再裝第二層，將漿體裝滿試模后，用小刀劃勻，再用搗棒從一端向另一端依次搗壓12次，往返24次，搗壓不得沖擊，要均勻，搗壓完將剩余的漿體裝到試模上，用刀抹平，置于濕氣養(yǎng)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)35h后，將模上多余漿體刮去，使?jié){體表面與試模邊平齊。然后編號(hào)，放入

19、濕氣養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)。（4）試體自加水時(shí)算起經(jīng)24+2h濕氣養(yǎng)護(hù)后脫模，測(cè)初始長(zhǎng)度L0，試體放入比長(zhǎng)儀的位置每次測(cè)量必須保持一致，測(cè)量精確至0.0lmm。（5）將已測(cè)量過(guò)初始長(zhǎng)度的試體放入沸煮箱內(nèi)，浸水沸煮，自水沸騰算起，連續(xù)沸煮4h后，停止加熱，向鍋內(nèi)慢慢注入冷水，使水溫在15min內(nèi)降至室溫，再經(jīng)15min將試體取出擦干，用比長(zhǎng)儀測(cè)量沸煮后長(zhǎng)度L1。（6）將已沸煮并已測(cè)過(guò)長(zhǎng)度的試體在室溫下放入壓蒸釜內(nèi)支架上，為保證每條試體在實(shí)驗(yàn)時(shí)有一定飽和蒸汽壓力，壓蒸釜內(nèi)必須注入足量蒸餾水，一般為壓蒸釜容積的7%10%。加熱初期應(yīng)打開(kāi)放氣閥，排出釜內(nèi)空氣，直到看見(jiàn)有水蒸氣放出。然后關(guān)閉放氣閥，經(jīng)4575mi

20、n加熱，表壓可達(dá)2.00.5MPa。在2.0±0.5MPa下保持3h后，切斷電源，讓壓蒸釜冷卻。經(jīng)90min后，要求釜內(nèi)壓力降低至0.IMPa，然后微開(kāi)放氣閥，將壓蒸釜內(nèi)剩余蒸汽排出至表壓為零止。（7）打開(kāi)壓蒸釜，取出試樣置于90以上熱水中，然后均勻注入冷水（注意不要讓冷水直接接觸試體表面，于1015min內(nèi)使水溫降至室溫。再經(jīng)15min取出試體，擦去試體表面水分，用比長(zhǎng)儀測(cè)量壓蒸后長(zhǎng)度L2，如發(fā)現(xiàn)試體有彎曲、龜裂等現(xiàn)象，應(yīng)記錄。沸煮膨脹率（E沸）：是以沸煮后試體長(zhǎng)度（L1）與24h濕氣養(yǎng)護(hù)后試體的初始長(zhǎng)度（L0）之差，被試體的有效長(zhǎng)度（250mm）相除，即 （1.16）壓蒸膨脹率（

21、E壓）：是以壓蒸后試體長(zhǎng)度（L2）與24h濕氣養(yǎng)護(hù)后試體的初始長(zhǎng)度（L0）之差，被試體有效長(zhǎng)度相除，即 （1.17）計(jì)算壓蒸膨脹率時(shí)，實(shí)際上包括沸煮膨脹率和壓釜膨脹率，沸煮膨脹率大小對(duì)壓蒸安定性影響很大。因此，水泥最好待試餅沸煮安定性合格后再進(jìn)行壓蒸安定性測(cè)定。水泥凈漿試體壓蒸膨脹率是以百分?jǐn)?shù)表示的，其結(jié)果是取兩條試體的平均值（計(jì)算準(zhǔn)確0.01%），如果每條試體的膨脹率與平均值相差超過(guò)±10%，應(yīng)重做。對(duì)于硅酸鹽水泥、普通水泥壓蒸膨脹率不超過(guò)0.80%，礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥壓蒸膨脹率不超過(guò)0.50%，則認(rèn)為該水泥壓蒸測(cè)定合格。（五）注意事項(xiàng)1. 雷氏法（1）我國(guó)水泥廠生產(chǎn)的水泥其f-Ca0含量高，水泥凈漿在雷氏夾中沸煮后雷氏夾膨脹值大（一般大于20mm），易損壞雷氏夾，這種情況下建議用試餅法進(jìn)行日常生產(chǎn)控制，而出廠水泥可以用雷氏夾法進(jìn)行安定性測(cè)定。（2）雷氏夾試件成型操作時(shí)應(yīng)用一只手輕輕扶持雷氏夾試模，即輕輕自下壓住兩根指針的焊點(diǎn)處，以使裝漿時(shí)試模不產(chǎn)生移動(dòng)。不能用手捏雷氏夾而造成切邊緣重疊，成型插搗次數(shù)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，插搗位置不能集中在試模中心，應(yīng)均勻