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1、学习情境三水泥凝结时间测定试验,一、基本知识,（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化（二）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素（三）水泥凝结时间测定原理,（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化,水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。凝结时间分为“初凝”和“终凝”，它直接影响工程的施工。然后逐渐产生强度不断提高，最后变成坚硬的石状物水泥石，这一过程称为硬化。水泥的凝结和硬化是人为划分的，实际上水泥的水化与凝结硬化是一个连续、复杂的物理化学变化过程，水化是凝结硬化的前提，凝结硬化是水化的结果。凝结与硬化是同一过程的不同阶段，但凝结硬化的各阶段是交错进行的，不能截然分开。
2、这些变化决定了水泥石的某些性质，对水泥石的应用有着重要意义。,（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化,水泥加水后，水泥颗粒被水包围，熟料矿物颗粒表面立即与水发生化学反应，生成水化产物，并放出一定的能量。硅酸盐水泥与水作用后，生产的主要水化产物有水化硅酸钙，水化铁酸钙凝胶体，氢氧化钙，水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。
3、,（一）硅酸盐水泥的凝结与硬化,由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。,（一）硅酸盐水泥
4、的凝结与硬化,随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。,（二）影响硅酸盐水泥凝
5、结硬化的主要因素,1.熟料矿物组成的影响2.水泥细度的影响3.拌合用水量的影响4.养护湿度、温度的影响5.养护龄期的影响6.储存条件的影响,（三）水泥凝结时间测定原理,水泥从加水开始到失去其流动性，即从液体状态发展到较致密的固体状态的过程称为水泥的凝结过程。这个过程所需要的时间称为凝结时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性所需的时间。终凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。,（三）水泥凝结时间测定原理,国家标准规定，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定，以
6、试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需的时间表示。硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。,二、试验准备工作,1.仪器设备,（1）水泥净浆搅拌机：（2）标准法维卡仪（3）试模（4）平板玻璃（5）量水器（6）天平（7）湿气养护箱,（1）水泥净浆搅拌机（2）标准法维卡仪：用试针取代试杆,初凝时间测定用立式试模的侧视图（试针）,终凝时间测定用反转试模的前视图,初凝用试针,终凝用试针 下部加圆形附件,2.仪器设备准备,调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，指
7、针对准零点。,3.试件的制备,以标准稠度用水量制成标准稠度净浆一次装满试模，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。,三、试验过程1.初凝时间的测定,试件在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时，从湿气养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝1s2s后，突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净降。观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数。,2.终凝时间的测定,为了准确观测试针沉入的状况，在终凝针上安装了一个环形附件。在完成初凝时间测定后，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，
8、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。,3.测定时应注意,在最初测定的操作时应轻轻扶持金属柱，使其徐徐下降，以防止试针撞弯，但结果以自由下落为准；试针沉入的位置至少要距试模内壁10mm。临近初凝时，每隔5min测定一次，临近终凝时每隔15min测定一次，到达初凝或终凝时应立即重复测一次，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，每次测试完毕须将试针擦净并将试模放回湿气养护箱内，整个测试过程要防止试模受振。,四、试验结果计算及处理1.初凝时间的测定,当试针沉至距底板4mm1mm时，为水泥达到初凝状态；由水泥全部加入
9、水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，用“min”表示。,2.终凝时间的测定,当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的终凝时间，用“min”表示。,五、硅酸盐水泥的凝结硬化过程,水化早期，大约是加水搅拌到初凝为止，水泥颗粒表面迅速发生水化，这一阶段，水泥浆既有可塑性又有流动性。,水化中期，约有30%的水泥已经水化，以水化硅酸钙、低硫型水化硫铝酸钙和钙矾石的快速形成为特征，水泥石逐步发挥出强度。水化后期，大约是1天以后直到水化结束，水泥水化反应逐渐趋缓，水化产物逐渐填满原来由水占据的空间，水泥石不断致密，强度
10、增加。分别相当于一般水泥在20温度环境中水化3h、20h30h 以及更长时间,影响凝结硬化的主要因素,1、熟料矿物的组成矿物组成比例不同，对水泥性质的影响也不同，。例如C3S含量高的水泥早期强度高，C2S含量高的水泥后期强度高。2、水泥细度颗粒越细，凝结硬化速度越快，早期强度越高。过细的水泥，达到相同稠度时的用水量增加，硬化时产生较大的体积收缩和孔隙，致使水泥石强度降低。,3、拌和用水量 拌合用水量越多，水泥石中毛细孔就越多，水泥强度越低，即水灰比越大，水泥强度越低。4、养护湿度、温度 提高养护温度，可加快水化反应，提高水泥的早期强度。温度降低，水化减慢甚至停止。另外，环境湿度大，有利于水泥强度的增长。,5、养护龄期 养护龄期越长，水泥石越致密。6、储存条件 水泥在潮湿的环境里，容易受潮结块，强度降低；干燥环境中，因为水泥会与空气中的二氧化碳和水发生缓慢碳化反应，使强度降低。通常，水泥的储存期不应超过三个月。,六、掺混合料的水泥的凝结硬化,定义：激发剂能激发混合材料活性的物质。如：氢氧化钙为碱性激发剂，石膏为硫酸盐激发剂。,水泥+水,熟料水化反应,混合材料水化作用,激发剂：氢氧化钙,前期,后期,活性混合材料水化较水泥熟料慢，其温度敏感性高，低温下反应缓慢，高温下水化速率加快，适合于高温湿热条件下养护。,
