实 验 指 导 讲 义 实验一及实验二：水泥熟料的高温烧成及水泥的制备 1 引言 1.1普通硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、5%-20%活性混合材料（或不超过8%非活性混合材料），适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）。水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强，适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。 1.2国家对普通硅酸盐水泥的技术要求 (1) 细度 筛孔尺寸为0.08mm的孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。 (2) 凝结时间 初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。 (3) 标号 根据抗压和抗折强度，将普通硅酸盐水泥划分为32.5、42.5、52.5、三个强度等级。 普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为： （1）早期强度略低 （2）耐腐蚀性稍好 （3）水化热略低 （4）抗冻性和抗渗性好 （5）抗炭化性略差 （6）耐磨性略差 2 实验目的 （1）掌握实验室常用高温实验设备、仪器的使用方法； （2）按照确定的配方和所用原料的化学成分进行配料计算； （3）掌握水泥烧成实验方法，了解水泥熟料烧成过程； （4）通过本实验，了解速率、保温时间、冷却制度对不同配料熟料煅烧的影响； （5）通过本实验，进一步理解石灰饱和系数（KH）、硅率（SM）和铝率（IM）对水泥熟料煅烧及性能的影响，提高分析问题和解决问题的能力。 3实验原理 硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙（C3S）、硅酸盐二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF） 等矿物所组成。水泥生料经过连续升温，达到相应的温度时，其煅烧会发生一系列物理化学变化，最后形成熟料。 硅酸盐水泥生料通常是用石灰石、黏土及少量铁矿石等按适当的比例配制而成。石灰石的主要组成是碳酸钙（CaCO3）和少量的碳酸镁（MgCO3），黏土的主要矿物是高岭石（2SiO2·Al2O3·2H2O）及蒙脱石（4SiO2·Al2O3·9H2O)等，铁矿石的主要组成是氧化铁（Fe2O3）。 硅酸盐水泥熟料形成的过程，实际上是石灰石、黏土、铁矿石等主要原料经过加热，发生一系列物理化学变化形成C3A、C4AF、C2S和C3S等矿物的过程，不论窑型的变化如何，其过程是不变的。 一、煅烧过程物理化学变化 水泥生料在加热煅烧过程中所发生的主要变化有以下六点： （一）自由水的蒸发 （二）黏土质原料脱水和分解 （三）石灰石的分解 （四）固相反应 （五）熟料烧成 （六）熟料的冷却 （一）自由水的蒸发 无论是干法生产还是湿法生产，入窑生料都带有一定量的自由水分，由于加热，物料温度逐渐升高，物料中的水分首先蒸发，物料逐渐被烘干，其温度逐渐上升，温度升到100~150℃时，生料自由水分全部被排除，这一过程也称为干燥过程。 （二）黏土质原料脱水和分解 黏土主要由含水硅酸铝所组成，其中二氧化硅和氧化铝的比例波动于2：1~4：1之间。当生料烘干后，被继续加热，温度上升较快，当温度升到450℃时，黏土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）失去结构水，变为偏高岭石（2SiO2·Al2O3）。 Al2O3·2SiO2·2H2O →Al2O3+2SiO2+2H2O ↑ （无定形）（无定形） 高岭土进行脱水分解反应时，在失去化学结合水的同时，本身结构也受到破坏，变成游离的无定形的三氧化二铝和二氧化硅，其具有较高的化学活性，为下一步与氧化钙反应创造了有利条件。在900-950℃，由无定形物质转变为晶体，同时放出热量。 （三）石灰石的分解 脱水后的物料，温度继续升至600℃以上时，生料中的碳酸盐开始分解，主要是石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，并放出二氧化碳，其反应式如下： MgCO3 600℃ MgO+CO2 ↑ CaCO3 900℃ CaO+CO2 ↑ 实验表明：碳酸钙和碳酸镁的分解速度随温度升高而加快，在600~700 ℃时碳酸镁已开始分解，加热到750 ℃分解剧烈进行。碳酸钙分解温度较高，在900 ℃时才快速分解。 碳酸钙（CaCO3）是生料中的主要成分，分解时需要吸收大量的热，其分解过程中消耗的热量约占干法窑热耗的一半以上，其分解时间和分解率都将影响熟料的烧成。因此，碳酸钙的分解是水泥熟料生产中重要的一环。 碳酸钙的分解具有可逆的性质，如果反应在密闭容器中一定的温度下进行，则随着碳酸钙的分解，气体CO2的总量的增加，其分解速度就要逐渐减慢甚至为零。因此，在煅烧窑内或分解炉内加强通风，及时将CO2气体排出则是有利于碳酸钙的分解，窑系统内CO2来自碳酸盐的分解和燃料的燃烧，废气中CO2含量每减少2%，约可使分解时间缩短10%。当窑系统内通风不畅时，CO2不能及时被排出，废气中CO2含量的增加，会影响燃料燃烧，使窑温降低，废气中CO2含量的增加和温度降低都要延长碳酸钙的分解时间。由此可见，窑内通风对碳酸钙的分解起着重要的作用。 （四）固相反应 黏土和石灰石分解以后分别形成了CaO、MgO、SiO2、Al2O3等氧化物，这时物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝等氧化物进行固相反应，其反应速度随温度升高而加快。 水泥熟料中各种矿物并不是经过一级固相反应就形成的，而是经过多级固相反应的结果，反应过程比较复杂，其形成过程大致如下： 800-900℃ CaO+Al2O3 → CaO·Al2O3（CA） CaO+Fe2O3 → CaO·Fe2O3（AF） 800-1100℃ 2CaO+SiO2 → 2CaO·SiO2（C2S） CaO·Fe2O3+CaO → 2CaO·Fe2O3（C2F） 7(CaO·Al2O3)+5CaO → 12CaO·7Al2O3（C12A7） 1100-1300℃ 12CaO·7Al2O3+9CaO → 7(3 CaO·Al2O3)(C3A) 7(CaO·Fe2O3)+2CaO+12CaO·7Al2O3→7（4 CaO·Al2O3·Fe2O3）（C4AF） 应该指出，影响上述化学反应的因素很多，它与原料的性质、粉磨的细度及加热条件等因素有关。如生料磨得愈细，混合得愈均匀，就增加了各组分之间的接触面积，有利于固相反应的进行。如从原料的物理化学性质来看，黏土中的二氧化硅若是以结晶状态的石英砂存在，就很难与氧化钙反应，若是由高岭土脱水分解而来的无定形二氧化硅，没有一定晶格或晶格有缺陷，则易与氧化钙进行反应。 从以上化学反应的温度不难发现，这些反应温度都小于反应物和生成物的熔点（如CaO、SiO2与2CaO·SiO2的熔点分别为2570℃、1713℃与2130℃），就是说物料在以上这些反应过程中都没有熔融状态物出现，反应是在固体状态下进行的。因此叫固相反应，又由于以上反应在进行时放出一定的热量，因此，这些反应又统称为“放热反应”。 （五）熟料烧成 由于固相反应，生成了水泥熟料中C4AF、C3A、C2S等矿物，但是水泥熟料的主要矿物C3S要在液相中才能大量形成。当物料温度升高到近1300℃时，会出现液相，形成液相的主要矿物为C3A、C4AF、R2O等熔剂矿物，但此时，大部分C2S和CaO仍为固相，但它们易被高温的熔融液相所溶解，这种溶解于液相中的C2S和CaO很容易起反应，而生成硅酸三钙： 2CaO·SiO2+CaO → 3CaO·SiO2（C3S） 这个过程也称石灰吸收过程 当然，C3S也可以通过固相反应来形成，但是煅烧过程需要更高的温度和更长的时间，这种办法在工业上至少在目前还没有什么实用价值。大量C3S的生成是在液相出现之后，普通硅酸盐水泥熟料组成一般在1300 ℃左右时就开始出现液相，而C3S形成最低温度约在1350 ℃ ，在1450 ℃下C3S绝大部分生成，所以熟料烧成温度可写成1350~1450 ℃ ，它是决定熟料质量好坏的关键，若此温度有保证则生成的C3S较多，熟料质量较好；反之，生成C3S较少，熟料质量较差。不仅如此，此温度还影响着C3S的生成速度，随着温度的长高，C3S生成的速度也就加快，在1450 ℃时，反应进行非常迅速，此温度称为熟料烧成的最高温度，所以水泥熟料煅烧设备，必须能够使物料达到如此高的温度。否则，烧成的熟料质量将受影响。 任何反应过程都需要有一定的时间，C3S的形成也一样，它的形成不仅需要有温度的保证，而且需要在该温度下停留一定的时间，使之能反应充分。煅烧较均匀的回转窑所需时间可短些，时间过长易使C3S生成粗而圆的晶体，使其强度发挥慢而低，一般需要在高温下煅烧20-30min。 C3S是水泥熟料的主要矿物，影响C3S的生成因素如下： （1）生料的组分数对液相生成的影响 组分数增加，最低共熔点降低，尤其是组分中增加熔点低的物质时，液相出现的温度更要降低。硅酸盐水泥熟料中一般都有少量镁、碱、硫等其他组分，其最低共熔温度约为1250-1280 ℃ ，虽然这些次要组分能使液相提早生成，但它们是有害组分，对其含量都有一定的限制。 （2）化学成分的影响 一般铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）在1300 ℃左右时，都能熔成液相，所以称C3A和C4AF为熔剂性矿物。液相量是随着Al2O3和Fe2O3的增加而增加，熟料中MgO、R2O等成分也能增加液相量。 一般硅酸盐水泥熟料成分生成的液相量可近似用下式进行计算： 当烧成温度为1400℃时： W=2.95A+2.2F+M+R （1-1） 当烧成温度为1450℃时： W=3.0A+2.25F+M+R （1-2） 式中W——液相百分含量（%）； A——熟料中Al2O3百分含量（%） F——熟料中Fe2O3百分含量（%） M——熟料中MgO百分含量（%） R——熟料中R2O百分含量（%） C3A和C4AF都是熔剂性矿物，但它们生成液相的黏度是不同的，C3A形成的液相黏度大，C4AF形成的液相黏度小。因此，当熟料中C3A和Al2O3含量增加，C4AF或Fe2O3含量减少时，即熟料的铝率增加时，生成液相黏度增加，反之则液相黏度减小。因此，液相量的多少和黏度的大小，对C3S的生成会有很大影响，如果液相量多、黏度小，有利于C3S的生成，因为液相量多时，CaO和C2S在其中的溶解量也多；黏度小时，液相中CaO和C2S分子扩散速度大，相互接触的机会多，故反应进行得充分。但应注意，如果液相量过多，黏度过小，则会给煅烧操作带来困难，如易结圈、烧流等；同时，因为硅酸盐矿物的减少将会影响熟料质量。 （3）煅烧温度的影响 提高煅烧温度可降低液相黏度，由式（1-1）、式（1-2）可看出，煅烧温度的提高也使液相的百分含量增多。但煅烧温度不宜过高，煅烧温度过高了在窑内易结大块、结圈等弊病；而且煅烧温度过高还易使C3S生成大而圆的晶体，这个大而圆的晶体很致密，与水作用速度很慢，使强度发挥慢，故最高烧成温度应控制在1450℃ （六）熟料的冷却 当熟料烧成后，温度开始下降，同时C3S的生成速度也不断减慢，温度降到1300 ℃以下时，液相开始凝固，C3S的生成反应完结。此时凝固体中含有少量的未化合的CaO，则称为游离氧化钙，温度继续下降便进入熟料的冷却阶段。 熟料烧成后要进行冷却，其目的在于改进熟料质量，提高熟料的易磨性；回收熟料余热，降低热耗，提高热的效率；降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨。 熟料冷却的好坏及冷却速度，对熟料质量影响较大，因为部分熔融的熟料，其液相在冷却时，往往还和固相进行反应。 熟料中矿物的结构取决于冷却速度、固液相中的质点扩散速度、固液相的反应速度等。如果冷却很慢，使固液相中的离子扩散足以保证固液相间的反应充分进行，就称为平衡冷却。如果冷却速度中等，使液相能够析出结晶，由于固相中质点扩散很慢，不能保证固液相间反应充分进行，就称为独立结晶。如果冷却很快，使液相不能析出晶体成为玻璃体，就称为淬冷。现以C3S-C2S-C3A组成的系统为例来看冷却速度不同，最后所得矿物组成是不同的。 表 C3S-C2S-C3A系统熟料矿物组成 冷却制度 C3S（%） C2S（%） C3A（%） 玻璃体（%） 平衡冷却 60 13.5 26.5 淬冷 68 32 在熟料的冷却过程中，将有一部分熔剂矿物（C3A和C4AF）形成结晶析出，另一部分熔剂矿物则因冷却速度较快来不及析晶而呈玻璃态存在。C3S在高温下是一种不稳定的化合物，在1250 ℃时，容易分解，所以要求熟悉产自1300℃以下要进行快冷，使C3S来不及分解，越过1250℃以后C3S就比较稳定了。 对于1000 ℃以下的冷却，也是以快速冷却为好，这是因为熟料中C2S有α’αβγ四种结晶形态，温度及冷却速度对C2S的晶型转化有很 大影响，这可以从C2S的多晶转化式中看出来。 将高温下α-C2S缓慢冷却时： a-C2S （1420±5）℃ α’-C2S 630-680℃ β-C2S < 500℃ γ-C2S 密度： 3.04 3.04 3.28 2.97 由上式看出：在高温熟料中，只存在a-C2S；若冷却速度缓慢，则发生一系列的晶型转化，最后变为γ-C2S，在这一转化过程中由于密度的减小，使体积增大10%左右，从而导致熟料块的体积膨胀，变成粉未状，在生产中叫做“粉化”现象。 γ-C2S与水不起水化作用，几乎没有水硬性，因而会使水泥熟料的强度大为降低。为了防止这种有害的晶型转化，要求熟料快速冷却。 熟料快速冷却还有下列许多好处： ① 可防止C3S晶体长大或熟料完全就成晶体。有关资料表明：晶体粗大的C3S会使熟料强度降低，若熟料中的矿物完全变成晶体，就难于粉磨。 ②快冷时，MgO凝结于玻璃体中，或以细小的晶体析出，可以减轻水泥凝结硬化后方镁石晶体缓慢水化出现体积膨胀，使安定性不良。 ③快冷时，熟料中的C3A的晶体较少，水泥不会出现快凝现象，并有利于抗硫酸盐性能的提高。 ④快冷可使水泥熟料中产生应力，从而增大了熟料的易磨性。 此外熟料的冷却，还可以部分地回收熟料出窑带走的热量，即可降低熟料的总热耗，从而提高热的利用率。 熟料的冷却对熟料质量和节约能源都有着重要的意义，因此回转窑要选用高效率的冷却机，并减少冷却机各处的漏风，在提高其冷却效率的同时回收熟料的显热，提高窑的热效率。 4 实验步骤 4.1原料 4.1.1原料制备 普通硅酸盐水泥熟料的制备，所涉及的样品主要有石灰石、铝矾土、砂岩、钢渣、矿渣、粉煤灰、石膏等，其各种样品的制备过程大致如下： （1）石灰石样品制备 从石灰石堆场上取其具有代表性的试样50Kg左右，然后经颚式破碎机进行破碎致为5～10mm，然后经四分法缩至5Kg ，然后将其倒入球磨机中进行研磨，50min后当细度达到4%（0.08mm方孔筛）左右时，将试样从磨机中取出 ，再用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配制生料的石灰石原料），用磁铁吸除其中的铁粉。将样品于玛瑙研钵中进行细磨，再缩分致5g，用玛瑙研钵研磨至全部通过0.08mm方孔筛，将其放入称量瓶中于烘箱烘干，置于干燥器中作分析用。（其实石灰石可根据实验需要量全部用球磨机磨到要求细度，放入桶内，为使桶内物料均匀，可将20Kg细粉放入φ500mm×500mm球磨机混15min，用磁铁吸去铁粉后再放入桶内贴上标签备用。 （2）其他原料制备 其他的原料，如：钢渣、铝矾土、砂岩、石膏等样品的制备过程基本上同石灰石制备过程。 4.2生料 4.2.1生料配比及制备 1、 配料计算： ①根据实验要求确定实验组数与生料量。 ②确定生料率值。 在水泥熟料生产控制中，不仅要控制熟料中各种氧化物的含量，还要控制各氧化物之间的比例。用率值表征熟料组成既能控制氧化物的含量还能控制各氧化物之间的比例，同时还能有利于生产操作。石灰饱和系数（KH）、硅率（SM，n）和铝率（IM，p）统称为率值。 石灰饱和系数KH：水泥熟料中总的氧化钙含量减去饱和氧化铝和氧化铁后，所剩下的氧化钙含量和理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量之比。简言之，石灰饱和系数表示了二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度或者理解成熟料中硅酸三钙和硅酸二钙之间的比例关系。 所谓硅率SM或n是指硅酸盐水泥熟料中SiO2含量与Al2O3加Fe2O3含量的比值[SiO2/(Al2O3+Fe2O3)]。它反映水泥熟料中硅酸盐矿物(3CaO·SiO2+2CaO·SiO2)与熔剂矿物(3CaO·Al2O3+4CaO·Al2O3)的相对含量，硅酸率过低，则熔剂矿物含量过多，煅烧时液相量较大，容易结圈和结大块，使烧成困难，影响水泥的产量和质量；硅酸率过高，则说明熔剂矿物含量较低，煅烧时液相量太小，同样使烧成困难。所以生产硅酸盐水泥时，硅酸率必须选择适当，才能保证正常生产。其数值范围一般为1.5～3.5之间，并以1.8～2.5比较适宜，有的认为1.9～2.5比较适宜，但中热水泥的率值可稍高。在水泥原料(石灰岩、粘土等)勘探阶段应根据有关化验结果进行配料试算。 铝率IM或p，又称铝氧率或铁率，表示熟料中Al2O3含量与Fe2O3含量之比，反映了熟料中C3A（铝酸三钙）和C4AF（铁铝酸四钙）的相对含量。也反映煅烧过程中液相的性质（主要是液相的粘度，C3A形成的液相粘度大，C4AF形成的液相粘度小）。一般取值0.64~3.0。IM值过大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S （硅酸三钙）的形成，易引起熟料快凝；IM值过低，C4AF量相对较多，液相粘度小，对C3S 的形成有利，但窑内烧结范围窄，易使窑内结大块，对煅烧不利，不易掌握煅烧操作。 水泥熟料化学成份、矿物组成和率值之间相互关联，只要知道其中一组数值就能推算其他数值。配料计算从率值开始，要学会根据率值计算化学成分。 ③以各原料的化验报告当做依据进行配料计算。 2、 配置生料 ①按配料称量各种原料，放在研磨体中研磨。要混合均匀，如果量大，则置入球磨罐中充分混磨，直至全部通过0.080 mm的方孔筛。 ②将混磨好的粉料加入5～7%的水，放入成型摸具中，置于压力机机座上以30～35 MPa的压力压制成块，压块厚度一般不大于25 mm。 ③将块状试样在105～110℃下缓慢烘干半小时。 4.2.2 生料配比数据处理 根据原料的化学分析确定生料组成。设KH=0.90 SM=2.22 IM=1.31石灰石81％,砂岩6.0%,铝矾土为5.5%，钢渣为7.5%按此配比得出原料成分如下： 原料计算成分 名称 配合比/% 烧失量/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 石灰石 81 28.03 5.27 1.28 0.58 40.05 砂岩 6 0.23 5.55 0.18 0.07 0.03 铝矾土 5.5 0.05 2.23 1.87 0.56 0.05 钢渣 7.5 0.02 1.29 0.33 1.59 3.06 生料 100 28.33 14.34 3.66 2.80 43.19 灼烧生料 71.67 20.00 5.11 3.91 60.26 3.3熟料 3.3.1熟料制备 1、 检查高温炉是否正常，并在高温炉中垫隔离垫料（刚玉砂等），防止承烧器与炉衬高温时黏结。 2、 生料煅烧最高温度可按下列温度依次进行：1350℃、1400℃、1450℃.若有特殊需要时，也可增加其他温度。 3、 把试体放入炉内煅烧一段时间。 4、 把取出的试体冷却一会儿，放在研磨体中研磨，直至全部通过0.080 mm的方孔筛。 4.4水泥 4.4.1水泥配比及数据处理 水泥的配比 名称 配比％ 称取量g 实称量g 石膏 6.00 4.50 4.47 石灰石 5.00 4.00 3.98 粉煤灰 15.00 11.50 11.51 熟料 74.00 55.00 54.48 注：水泥一共称取75 g 把称量好的配料，放在研磨体中研磨。要混合均匀，再加入30％的水，搅拌至泥浆状，把泥浆置于模具中，带模具置于（20±1）℃，相对湿度大于90％的养护箱中养护6小时后脱模，如果脱模可能对试体造成损害时，可适当延长脱模时间，但要作记录。取出的试体在水槽中继续养护3天，然后做抗压强度测试。 5 实验设备 试验所用主要仪器 仪器名称 规格型号 生产厂家 不锈钢水泥养护水槽 YSC-306 北京盛通精密试验仪器厂 标准恒温恒湿养护箱 40 北京盛通精密试验仪器厂 恒温磁力搅拌器 ── 杭州仪表电机厂 分析天平 ── 上海精科 电热鼓风干燥箱 101-1 江苏满通县实验电器厂 游离钙测定仪 ── 河北科析设备有限公司 箱式电阻炉 SX2 湘潭华丰仪器制造有限公司 电炉温度控制 恒温磁力搅拌器 SX2-4-10 HZ-7 天津市中环实验电炉有限公司 杭州仪表电机厂 实验三：水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性试验 一、实验目的： 水泥在进行凝结时间及安定性检验时，必须将水泥加水拌成水泥净浆或水泥砂浆进行试验，加水量以水泥净浆标准稠度用水量表示；水泥凝结时间的长短与施工有着密切的关系，水泥成分中所含游离的氧化钙、氧化镁及三氧化硫等能够引起混凝土膨胀或不均匀收缩，所以应进行水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性等项指标的测定。 二、实验原理 1、水泥标准稠度 水泥标准稠度净浆对标准试锥的沉入具有一定阻力。通过试验不同含水量水泥净浆的穿透性，以确定水泥标准稠度净浆中所需加入的水量。 2、凝结时间 试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需的时间。 3、安定性 雷氏法是通过测定水泥标准稠度净浆在雷氏夹煮沸后试针的相对位移表征气体积膨胀的程度。 试饼法是通过观测水泥标准稠度净浆试饼煮沸后的外形变化情况表征气体积安定性。 三、仪器设备 净浆标准稠度测试仪、凝结时间测定仪、雷氏夹膨胀测试仪湿气养护箱、沸煮箱、水泥净浆搅拌机、量筒及天平 四、实验步骤 1、标准稠度用水量测定（调整水量法） （1）实验前，应调整好净浆标准稠度测试仪，仪器金属棒应能自由滑动。当试锥尖与锥形模拟面接触时，指针应对准标准“0”点。 （2）将水泥拌均匀，通过0.9mm方孔筛。注意：水泥过筛时，防止混入其他水泥。 （3）称量500g水泥试样，精确到1g；量取142.5ml的水，精确至0.5ml。 （4）在水泥净浆拌合前，用湿布擦净搅拌锅和搅拌叶片。 （5）将500克水泥试样倒入搅拌锅内，将锅放在搅拌机锅座上，升至搅拌位置。开动机器，同时循序加入水，慢速搅拌120秒。停止搅拌15秒后，接着快速搅拌120秒后，取下拌合锅，立即将搅拌好的净浆装入锥模内。 （6）用小刀插倒，数次震动后，刮去多余净浆。注意：刮平试样时，刮刀应由中间刮向试模边缘，且次数不宜太多。抹平后，迅速放到固定位置上，将试锥降到净浆表面后，拧紧螺丝，然后突然放松螺丝，让试锥自由沉入净浆中，当试锥停止下垂时，记录下垂深度。以试锥下垂深度为28±2mm时的净浆为标准稠度净浆。注意：整个操作过程应该在净浆搅拌后1.5分钟之内完成。 2、凝结时间测定 （1）先调整凝结时间测定仪，使其接触玻璃板时，指针对准标尺“0”点。将圆模的内部涂一层薄层机油，将达到标准稠度的净浆立即一次性装入圆模，用小刀插倒，震动数次后，刮平。 （2）放入湿气养护箱内，记录开始加水的时间，最为起始时间，试件养护至30分钟时，取出进行第一次测定。圆模放到试针下，试针与净浆表面接触，放松螺丝，试针垂直自由进入净浆，观察试针停止下沉时的指针读数，并记录初凝时间。临近初凝时，每隔5分钟测试一次，每次测定完毕，需将试针擦净，并将圆模放入湿气养护箱内。当试针沉至距底板2-3mm的时候，为水泥达到初凝状态；当试针下沉不超过0.5-1mm的时候，为水泥达到终凝状态，记录终凝时间。再将试模放入湿气养护箱，临近终凝的时候，每隔15分钟测定一次，每次测定不能让试针落入圆针孔内。 3、安定性测定（试饼法） （1）将达到标准稠度的水泥净浆取出一部分，分成两等份，搓成球形，放在预先准备好的涂油玻璃板上。轻轻震动，用擦净的小刀由边缘向中间抹动。使试件表面光滑，直径约70-80mm，中间厚度约10mm。 （2）将成型试饼放入湿气养护箱内，养护24±2h。 （3）先向煮沸箱内注水至适当水位，将养护好的试件从玻璃板上取下，先坚检查试件是否完整，将无缺陷的试饼放在煮沸箱水中壁板之上，要求水位在整个煮沸过程中，都淹没过水位，故需中途添补试验水位，同时保证谁在25-30分钟之内沸腾。加热至水沸腾后，恒沸3h±5min。 （4）煮沸结束后，放掉箱中热水，打开箱盖。箱体冷却至室温后，取出试件，目测试件无裂缝，用直尺检查也无弯曲的试件为安定性合格。注意：当两个试样判定结果有矛盾时，按安定性不合格处理。 4、安定性测定（雷氏夹法） （1）将雷氏夹放在已稍擦油的玻璃试板上，用已制好的标准稠度净浆装满试模。装模时，一只手轻轻扶持试模，另一只手用宽月15mm的小刀插倒15次左右，然后抹平。盖上抹油的玻璃板，移至湿气养护箱内，养护24±2h。 （2）煮沸前，先测定试件至尖端的距离A，精确到0.5mm，然后，将试件放入水中地板上，指针朝上，试件之间互不交叉，应在30±5min中之内加热至沸腾，恒沸3h±5min。 （3）煮沸结束后，放掉箱中热水，将其冷却室温后，取出试件。 （4）测量指尖尖端距离C，精确到0.5mm。试件（C-A）的平均值不大于5mm，则判定为安定性合格。当两个试件的（C-A）值超过了4mm时，应重新做实验。 五、结果整理与试验报告 1、标准稠度用水量计算 （1）调整水量法： P=W/500×100%，特点：当试锤下沉深度为28±2mm时的净浆为标准稠度净浆。如果深度超出范围，需另称试样，调整水量重新实验，直至达到28±2mm标准为止。 （2）不变水量法：P=33.4-0.185S，特点：将S带入此公式计算，当下沉深度小于13mm时，应改用调整水量法测定。 P：水泥的标准稠度用水量（%） W：调整水量法测定时的拌和水量，ml 500：水泥用量g S：不变水量法测定时试锥的下沉深度mm，S 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验记录表 试样名称 　 试验规程 　 试样来源 　 试验日期 　 试验 　 复核 　 试验结果 检测内容 国家规定标准 试验结果 1 2 平均值 安定性 试饼法 　 　 　 雷氏法（mm） 　 　 　 凝结时间 初凝时间（min） 　 　 终凝时间（min） 　 　 标准稠度用水量 不变用水量法（%） 　 调整水量法（%） 　 结论 　 实验四：水泥胶砂强度检验试验 一、实验目的 （1）学习水泥胶砂强度的测试方法，以确定水泥强度等级； （2）分析影响水泥胶砂强度测试结果的各种因素 二、实验原理 （1）抗折强度测定 将试体一个侧面放在试验机(见4．2．6)支撑圆柱上，试体长轴垂直于支撑圆柱，通过加荷圆柱以50 N／s+10 N／s的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。 保持两个半截棱柱体处于潮湿状态直至抗压试验。 抗折强度Rf以牛顿每平方毫米(MPa)表示，按式(1)进行计算： (1) 式中：Ff——折断时施加于棱柱体中部的荷载， N； L——支撑圆柱之间的距离，mm; b——棱柱体正方形截面的边长，mm。 （2）抗压强度测定 抗压强度试验在半截棱柱体的侧面上进行。 半截棱柱体中心与压力机压板受压中心盖应在±0．5 mm内，棱柱体露在压板外的部分约有10 mm。 在整个加荷过程中以2400 N／s±200 N／s的速率均匀地加荷直至破坏。 抗压强度R。以牛顿每平方毫米(MPa)为兽位，按式(2)进行计算： (2) 式中：Fc——破坏时的最大荷载，N； A——受压部分面积，mm2(40 mm×40 mm=1600 mm2)。 三、实验步骤 （1）试体成型 ①将试模擦净，四周模板与底板接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。内壁均匀刷一薄层机油。 ②胶砂的质量配合比应为1份水泥、3份标准砂和0.5份水(水灰比为0.50)。一锅胶砂成3条抗折测试试体，3个抗压测试试体。 表一 每锅胶砂的材料数量 g ③先使搅拌机处于待工作状态，然后再按以下的程序进行操作。把量好的水(精确±1ml)加入锅里，再加入称好的水泥(精确±1g)，把锅放在固定架上，上升至固定位置。然后立即开动搅拌机，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀地将砂子加入(当各级砂是分装时，从最粗粒级开始，依次将所需的每级砂量加完)。把机器转至高速再拌30s，停拌90s，在第1个15s内用胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮人锅中间，在高速下继续搅拌60s。各个搅拌阶段，时间误差应在±1s以内。 ④胶砂制备后应立即进行成型。预先将空试模和模套固定在振实台上，用一个适当勺子直接从搅拌锅里将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个槽里约放300g胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，再振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。移走模套，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90。的角度架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向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，并用一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹平。最后在试模上标记。 ⑤若使用代用设备振动台时，操作如下：在搅拌胶砂的同时将试模和下料漏斗卡紧在振动台的中心。将搅拌好的全部胶砂均匀地装人下料漏斗中，开动振动台，胶砂通过漏斗流入试模，振动(120±5)s停车，振动完毕，取下试模，用刮平尺刮去其高出试模的胶砂并抹平(方法同上)，最后在试模上标记。 （2）试体养护 ① 脱模前的养护：将试模放人养护箱养护（温度(20±3)℃，相对湿度大于90％）。一直养护到规定的脱模时间时取出脱模。脱模前，用防水墨汁或颜料笔对试体进行编号，对二个龄期以上的试体，在编号时应将同一试模中的3条试体分在二个以上龄期内。 ② 脱模：对于24h龄期的，应在破型试验前20min内脱模；对于24h以上龄期的，应在成型后20～24h之间脱模。脱模应小心，以免损伤试体。对于已确定作为24h龄期试验的已脱模试体，应用湿布覆盖至做试验时为止。 ③ 水中养护：将编号的试体立即水平放在(20±1)℃水中养护，放置时刮平面应朝上。试体之间间隔和试体上表面的水深不得小于5mm。 注意：试体放置的箅子不宜用木料制成，每个养护池只养护同类型的水泥试体，不允许在养护期间换水，水量不够时可加水至恒定水位。 （3）强度试验 ①各龄期的试体必须按表二规定时间内进行强度试验。 表二 各龄期强度测定时间的规定 龄期 时间 龄期 时间 24h 24h±15mirI 7d 7d±2h 48h 48h±30mitI ~>28d 28d±8h 72h 72h±45mirl ②试体从水中取出后，在强度试验前应用湿布覆盖。 ③抗折强度测定：擦去试体表面的附着水分和砂粒，清除夹具上圆柱表面杂物，将试体一个侧面放在抗折仪的支撑圆柱上，通过加荷圆柱以(50±30)N-1的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。记录抗折强度值(记录至0.1MPa)。 ④抗压强度测定：抗折试验后的两个断块应立即进行抗压试验。抗压试验须用抗压夹具进行。半截棱柱体中心与压力机压板受压中心差应在±0.5mm内，整个加荷过程中应以(2400±200)N·s-1的速率均匀地加荷直至破坏，记录抗压强度值(记录至0.1MPa) 四、实验设备 胶砂搅拌机、振实台(ISO679-1989(E))、试模(抗折)( 40×40×160mm)、试模(抗压)(100×100×100mm)、播料器和金属刮平尺、电动抗折实验机、万能材料实验机 五、数据处理 强度测定方法有两种主要用途，即合格检验和验收检验。本实验主要是合格检验，即用它确定水泥是否符合规定的强度要求。 （1）试验结果的确定 ① 抗折强度 以一组三个棱柱体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士10％时，应剔 除后再取平均值作为抗折强度试验结果。 ② 抗压强度 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数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均数±10％的，则此组结果作废。 （2）试验结果的计算 各试体的抗折强度记录至0．1 MPa，按10．2．1规定计算平均值。计算精确至0．1 MPa。 各个半棱柱体得到的单个抗压强度结果计算至0．1 MPa，按10．2．2规定计算平均值，计算精确至0．1 MPa。 （3）试验报告 报告应包括所有各单个强度结果(包括按实验结果的确定规定舍去的试验结果)和计算出的平均值。 （4）检验方法的精确性 合格检验方法的精确性是通过它的再现性来测量的。 （5）再现性 抗压强度测量方法的再现性，是同一个水泥样品在不同试验室工作的不同操作人员，在不同的时间，用不同来源的标准砂和不同套设备所获得试验结果误差的定量表达。 对于28 d抗压强度的测定，在合格试验室之间的再现性，用变异系数表示，可要求不超过6％。 这意味着不同试验室之间获得的两个相应试验结果的差可要求(概率95％)小于约15％。 试验日期 龄期 抗折强度 抗压强度 破坏 荷载(KN) 抗压 强度(MPa) 平均强度(MPa) 破坏荷载(KN) 抗压强度(MPa) 平均强度(MPa) 2001. 8.7 24h 　 　 　 2001. 9.1 48h 　 　 　 实验五： 水泥胶砂流动度的测定 一、实验目的 测定水泥胶砂流动度是检验水泥需水性的一种方法。不同的水泥配制的胶砂要达到相同的流动性，调拌的胶砂所需的用水量则不同。当用胶砂达到规定流动度所需的水量（用水灰比表示）来控制胶砂加水量时，能使所测试的胶砂物理性能具有可比性。 本实验的目的： （1）测定水泥胶砂流动度，比较水泥的需水性； （2）用水泥达规定流动度时的需水量来确定其它品种水泥胶砂强度成型的加水量和水泥胶砂干缩性试验胶砂加水量。 二、实验原理 水泥胶砂流动度是水泥胶砂可塑性的反映。水泥胶砂流动度用跳桌法测定，胶砂流动度以胶砂在跳桌上按规定进行跳动试验后，底部扩散直径的毫米数表示。扩散直径越大，表示胶砂流动性越好。胶砂达到规定流动度所需的水量较大时，则认为该水泥需水量较大；反之，需水量较小。 三、实验器材 （1）胶砂搅拌机。 （2）水泥胶砂流动度测定仪（简称跳桌） （3）试模：用金属材料制成，由截锥圆模和模套组成。 截锥圆模内壁应光滑，尺寸为：高度60±0. 5mm；上口内径70±0. 5mm；下口内径100±0.5mm；下口外径 120mm。 （4）捣棒 （5）卡尺：量程为200mm，分度值不大于0.5mm。 （6）小刀 四、实验步骤 （1）跳桌在试验前先进行空转，以检验各部位是否正常。 （2）胶砂制备。用于水泥胶砂干缩试验的水泥与标准砂的重量比为1:2。一次试验称取水泥400g，标准砂800g，并按预定的水灰比计算并量取拌和用水。在制备胶砂的同时，用潮湿棉布擦拭跳桌台面、试模内壁、捣棒以及与胶砂接触的用具，将试模放在跳桌台面中央并用潮湿棉布覆盖。 将称好的水泥与标准砂倒入搅拌锅内，开动搅拌机，拌和5s后徐徐加入水，20~30s加完，自开动机器起搅拌（180±5）s停车。将粘在叶片上的胶砂刮下，取下搅拌锅。 （3）将拌好的胶砂分两层迅速装入流动试模，第一层装至截锥圆模高度约三分之二处，用小刀在相互垂直两个方向各划5次，用捣棒由边缘至中心均匀捣压15次；随后，装第二层胶砂，装至高出截锥圆模约 20mm，用小刀划10次再用捣棒由边缘至中心均匀捣压10 次。捣压力量应恰好足以使胶砂充满缸锥圆模。捣压深度，第一层捣至胶砂高度的二分之一，第二层捣实不超过己捣实底层表面。装胶砂和捣压时，用手扶稳试模，不要使其移动。 捣压完毕，取下模套，用小刀由中间向边缘分两次将高出截锥圆模的胶砂刮去并抹平，擦去落在桌面上的胶砂。将截锥圆模垂直向上轻轻提起。立刻开动跳桌，约每秒钟一次，在30±1s内完成30次跳动。 跳动完毕，用卡尺测量胶砂底面最大扩散直径及与其垂直的直径，计算平均值，取整数，用mm为单位表示。即为该水量的水泥胶砂流动度。流动度试验，．从胶砂拌和开始到测量扩散直径结束，应在5min内完成。 电动跳桌与手动跳桌测定的试验结果发生争议时，以电动跳桌为准。 实验六： 水泥干缩性试验 一、实验目的 水泥加水会发生水化，其水化水泥与水系统绝对体积一般是减缩的，减缩程度与水泥矿物组成、水灰比、养护制度、环境条件有关。用本试验测定水泥胶砂的收缩率，以此评定水泥干缩性能。 本试验的目的： （1）测定水泥胶砂干缩率，评定水泥干缩性能； （2）测定水泥胶砂干缩率，为工程质量控制提供参数。 二、实验原理 本方法采用两端有球形钉头的25mm×25mm×280mm的1:2胶砂试体，在一定温度和一定湿度的空气中养护后，用比长仪测定不同龄期试体的长度变化，确定水泥胶砂的干缩性能。 三、实验器材 （1）胶砂搅拌机。 （2）跳桌、截锥圆模、模套、圆柱捣棒、游标卡尺等。 （3）试模：三联模。 （4）捣棒：包括方捣棒和缺口捣棒。 （5）刮砂板：用不易锈蚀和不被水泥浆腐蚀的金属材料制成。 （6）三棱刮刀。 （7）水泥养护控制箱。 （8）比长仪。 四、实验步骤 （1）胶砂制备：水泥试样过0.9mm方口筛后充分拌匀，胶砂中水泥与标准砂的比例为1:2（称取400g水泥，800g标准砂），用水量按制成胶砂流动度达130~140mm来确定。 将称好的水泥与标准砂倒入搅拌锅内，开动搅拌机，拌和5s后徐徐加入水，20~30s加完，自开动机器起搅拌（180±5）s停车。将粘在叶片上的胶砂刮下，取下搅拌锅。 （2）试体成型：将已制备好的胶砂，分两层装入两端已装有钉头的试模内。第一层胶砂装入试模后，先用小刀来回刮实，尤其是钉头两侧，必要时可多刮几次，再用刮砂板刮去多于试模高度3/4的胶砂，然后用23mm×23mm方捣棒从钉头内侧开始，从一端向另一端捣10次，返回捣10次，共捣压20次，再用缺口捣棒在钉头两侧各捣压2次，然后将余下胶砂装入模内，同样用小刀划匀，刀划之深度应透过第一层胶砂表面，再用23mm×23mm捣棒从一端开始顺序地捣压12次，往返捣压24次。捣压完毕，用小刀将试模边缘的胶砂拨回试模内并用三棱刮刀刮平，然后编号，放入温度为（20±3）℃，相对湿度为90 %以上的养护箱内养护。 （3）试体养护 试体自加水时算起，养护（24±2）h后脱模。然后将试体放入温度（20±1）℃的水中养护。如脱模有困难时，可延长脱模时间。所延长的时间应在试验报告中注明，并从水养时间中扣除。 试体在水中养护2天后，由水中取出，用湿布擦去表面水分和钉头上的污垢，用比长仪测定初始读数L0。比长仪使用前应用校正杆进行校准，确认其零点无误情况下才能用于试体测量。接着将试体移入干缩养护湿度控制箱中养护。从试体放入箱中时算起在放置4d、11d、18d、25d时，分别取出测量长度。 五、结果处理 水泥胶砂试体各龄期干缩率St（%）按下式计算： 实验七： 水泥膨胀性试验 一、实验目的 水泥和水后，在水化硬化中产生一定膨胀，这种水泥为膨胀水泥。根据膨胀值和用途的不同，膨胀水泥可用于收缩补偿膨胀和产生自应力。前者膨胀能较低，限制膨胀时产生的压应力能大致抵消干缩所引起的拉应力。主要用以减小或防止混凝土的干缩裂缝。而后者所具有的膨胀性能较高，足以使干缩后的混凝土仍有较大的自应力，用于配制各种自应力钢筋混凝土。因此，了解水泥的膨胀性能，对于指导水泥的生产与使用有着重要的意义。 二、实验原理 膨胀水泥调水后即进行水化反应。在常温水中或潮湿空气中养护时，因水泥浆体中逐渐形成钙矶石、石膏晶体、Ca(OH)2、Mg(OH)2 、Fe(OH)3晶体以及其它可以使水泥硬化浆体膨胀的化学反应等，使水泥试件体积膨胀。用比长仪测量两端装有顶头（25×25×280）mm3的水泥净浆试体不同龄期的长度变化，求得各龄期的线膨胀率，以此评价膨胀水泥的膨胀性能。 三、实验器材 （1）胶砂搅拌机 （2）三联试模及顶头 （3）比长仪 四、实验步骤 （1）材料与试验条件 水泥试样、试验用水、试验室温度、湿度与水泥力学性能实验要求相同。 （2）试体成型 ① 成型前将试模擦净并装配好，内壁均匀涂一薄层机油，然后将顶头插入试模端板上的小孔中。顶头插入小孔的深度不小于10 mm，松紧要适宜。 ② 水泥膨胀试体需制作二组，每组三条。一组在水中养护，一组在湿空气中或采用联合养护（即水中养护3d后再放入湿气养护箱中养护）。每组试体成型时，称取水泥1000 g，置于搅拌锅内，加入标准稠度用水量，开动搅拌机，搅拌3 min，用刀刮下粘在叶片上的水泥浆后，取下搅拌锅。 ③ 将搅拌好的水泥浆全部均匀装入试模内，用刀在顶头插实3~5次，然后以45°角由试模一端向另一端压实水泥浆10~15次，这一操作反复进行2~3遍后将水泥浆抹平，用手将试模的一端向上提起3~5 cm，使其自由落下，振动10次，用同一操作将试模另一端振动10次，立即刮平并编号。从加水时起10 min内完成成型工作。 （3）试体养护与初始长度测量 ① 编号后，将试模放入养护箱养护。脱模时间相见表1。脱模后将钉头擦净，立即测量试体的初始长度L1。 表1 各种膨胀水泥试体脱模时间 水泥名称 脱模时间 石膏矾土膨胀水泥 终凝后1 h 硅酸盐膨胀水泥 终凝后2 h 明矾石膨胀水泥 终凝后1.5~2 h 快凝膨胀水泥 终凝后30 min 对于凝结硬化较慢的水泥，可以适当延长在养护箱的养护时间，但延长时间不应过长，以脱模时试体完整无损为限，延长时间应记录。 ② 初始长度测量完后，将试体分别放入水中和空气中养护，至下次测量时取出。各种膨胀水泥的养护要求见表2。 表2各种膨胀水泥试体养护要求 水泥名称 脱模时间 石膏矾土膨胀水泥 水中养护和联合养护 硅酸盐膨胀水泥 水中养护和湿气养护 水中养护时，试体测量初始长度1 h后下水 明矾石膨胀水泥 水中养护和湿气养护 快凝膨胀水泥 水中养护 ③ 试体养护龄期为1d、3d、7d、14d、28d。测量时间是从测量初始长度时算起。快凝膨胀水泥还增加6d龄期。（测量龄期可以根据需要做必要的增减）。 ④ 试体测量完毕后即放入水槽（湿气养护时则放入养护箱）中养护。试体之间应留有间隙，水面至少高出试体2 cm。养护水每两周更换一次。 五、实验结果处理 ① 每次测量前，比长仪必须放平并校正表针零点位置。 ② 测量时，应将试体和钉头擦净。试体放入比长仪的上下位置应固定（将试体记编号的一端向上）。 ③ 测量读数时应旋转试体，使试体钉头与比长仪正确接触。如表针跳动时，可取跳动范围内的平均值。测量时应精确至0.01 mm。 ④ 试体各龄期的膨胀率Ex（%）按下式计算： 式中，Ex——试体各龄期膨胀率，%； L1——试体初始长度读数，mm； L2——试体各龄期长度读数，mm； L ——试体有效长度（250 mm）。 ⑤ 从三条试体膨胀率中，取膨胀率相接近的两个数值的平均值，作为膨胀率测定结果，计算应精确至0.1%。 六、影响因素与注意事项 ① 膨胀水泥的膨胀与钙矾石的生成速度和数量密切相关。钙矾石的形成必须有水分，当养护环境过于干燥时，将影响钙矾石的形成，直接影响膨胀率。因此，试体养护必须在水中或相对湿度大于90 %的养护箱中进行。 ② 钉头装入试模时不应染上机油，以免水泥与钉头粘结不牢而影响测长。测长的操作注意事项与“水泥胶砂干缩试验”相同。 ③ 本方法适用于石膏矾土膨胀水泥、硅酸盐膨胀水泥、明矾石膨胀水泥、快凝膨胀水泥以及指定采用本方法的其它品种水泥。 实验八： 水泥压蒸安定性试验 一、实验目的 氧化镁是水泥安定性的影响因素之一。当水泥中含有较多的方镁石时，其水化后产生的体积变化将降低水泥石或混凝土的质量，轻则导致建筑物强度下降，重则造成建筑物开裂或崩溃。这种造成水泥石或混凝土内部产生的不均匀体积变化称为水泥安定性不良。测定水泥安定性对建筑工程质量具有重要的实际意义。 本试验的目的： ① 分析氧化镁影响水泥安定性的原因； ② 了解水泥压蒸安定性试验原理和方法； ③ 测定水泥压蒸安定性。 二、实验原理 水泥熟料中的MgO经高温死烧后，大多数形成结构致密的方镁石。方镁石在以硬化水泥中水化极慢，其水化反应式为： MgO + H2O → Mg(OH)2 方镁石水化生成Mg(OH)2时，固相体积约增大到2.48倍，使已经硬化的水泥石内产生很大的破坏应力，造成水泥石或混凝土体积安定性不良。 由于熟料中方镁石比游离氧化钙更难水化，用试饼100 ℃沸煮3 h不能使熟料中MgO大量水化，而高温高压的条件能加速熟料中方镁石的水化。为了控制水泥质量和保证混凝土工程经久耐用，对含MgO较高的水泥必须用压蒸法检测水泥熟料中MgO对水泥安定性的影响。 压蒸是指在温度大于100 ℃的饱和水蒸气条件下的处理工艺。为了使水泥中的方镁石在短时间里水化，在饱和水蒸气条件下提高温度（用215.7 ℃）和压力（为2.0 MPa），使水泥中的方镁石在较短的时间（3 h）内绝大部分水化，然后根据试件的形变来判断水泥浆体积安定性。 三、实验器材 ① 水泥净浆搅拌机。 ② 试模、钉头、捣棒。 ③ 比长仪。 ④ 沸煮箱。 ⑤ 压蒸釜。为高压水蒸气容器，装有压力自动控制装置、压力表、安全阀、放气阀和电热器。电热器应能在最大试验荷载条件下，45~75 min内使锅内蒸气压升至表压2.0 MPa，恒压时要尽量不使蒸气排出。压力自动控制器应使锅内压力控制在（2.0±0.05）MPa [相当于（215.7±1.3）℃] 范围内，并保持3 h以上。压蒸釜在停止加热后90 min内能使压力从2.0 MPa降至0.1 MPa以下。放气阀用于加热初期排除锅内空气和在冷却期终放出锅内的剩余水气。压力表的最大量程为4.0 MPa，最小分度值不得大于0.05 MPa。压蒸釜盖上还应备有温度测量孔，插入温度计后能测出釜内的温度。 四、试样 （1）试样应通过0.9 mm的方孔筛。 （2）试样的沸煮安全性必须合格。为减少f-CaO对压蒸结果的影响，允许试样摊开在空气中存放不超过一周再进行压蒸试件的成型。 五、实验步骤 （1）试验条件 成型试验室温度：17~25 ℃；相对湿度大于50 %；养护水：（20±2）℃；湿气养护箱：（20±3）℃，相对湿度大于90 %；成型试件前试样的温度应在17~25 ℃范围内。压蒸试验室应不与其它试验共用，并备有通风设备和自来水源。 试件长度测量应在成型试验室或温度恒定的试验室里进行，比长仪和校正杆都应与试验室的温度一致。 （2）试件的成型 ① 试模的准备：试验前在试模内涂上一薄层机油，并将钉头装入模槽两端的圆孔内，注意钉头外露部分不要沾染机油。 ② 水泥标准稠度净浆的制备：每个水泥样应成型两条试件，需称800 g，用标准稠度用水量拌制，拌和时，将800 g水泥放入用湿布擦过得净浆搅拌锅内，将锅放到搅拌机锅座上，升至搅拌位置，开动机器，同时徐徐加入拌和水，慢速搅拌120 s，停拌15 s，接着快速搅拌120 s后停机，取下搅拌锅。 ③ 试体的成型：将已拌和均匀的水泥浆体，分两层装入已准备好的试模内。第一层浆体装入高度约为试模高度的五分之三，先以小刀划实，尤其钉头两侧应多插几次，然后用23×23 mm2捣棒由钉头内侧开始，即在两钉头尾部之间，从一端向另一端顺序地捣压10次，往返共捣压20次，再用缺口捣棒在钉头两侧各捣压2次，然后再装入第二层浆体，浆体装满试模后，用刀划匀，刀划之深度应透过第一层胶砂表面，再用捣棒在浆体上顺序地捣压12次，往返共捣压24次。每次捣压时，应先将捣棒接触浆体表面，再用力捣压。捣压必须均匀，不得打击。捣压完毕将剩余浆体装到模上，用刀抹平，放入湿气养护箱中养护3~5 h后，将模上多余浆体刮去，使浆体面与模型边平齐。然后记上编号，放入湿气养护箱中养护至成型后24 h脱模。 （3）试件的沸煮 ① 初长的测量 试件脱模后即测其初长（L0）。测量前要用校正杆校正比长仪百分表零读数，测量完毕也要核对零读数，如有变动，试件应重新测量。 试件在测长前应将钉头擦干净，为减小误差，试件在比长仪中的上下位置在每次测量时应保持一致，读数前应左右旋转，待百分表指针稳定时读数（L0），结果记录至0.001 mm。 ② 沸煮试验 将测初长后的试件放入已调整好水位的沸煮箱的支架上，沸煮3 h±5 min。沸煮箱中水量必须保证整个沸煮过程中都没过试件，不需中途添补试验用水，同时保证能在（30±5）min内升至沸腾。沸煮结束后，放掉箱中热水，打开箱盖，待箱体冷至室温，取出试件。如果需要，沸煮后的试件也可进行测长（L1）。 （4）试件的压蒸 ① 沸煮后的试件应在4 d内完成压蒸。试件在沸煮后压蒸前这段时间里应放在（20±2）℃的水中养护。压蒸前将试件在室温下放在试件支架上。试件间应留有间隙。为了保证压蒸时压蒸釜内始终保持饱和水蒸气压，必须加入足量的蒸馏水，加入量一般为锅容积的7 %~10 %，但试件应不接触水面。 ② 在加热初期应打开放气阀，让釜内空气排出直至看见有蒸气放出后关闭，接着提高釜内温度，使其从加热开始经45~75 min达到表压（2.0±0.05）MPa，在该压力下保持3 h后切段电源，让压蒸釜在90 min内冷却至釜内压力低于0.1 MPa。然后微开放气阀排出釜内剩余蒸气。压蒸釜的操作应严格按有关规程和本标准附录（安全注意事项）。 ③ 打开压蒸釜，取出试件立即置于90 ℃以上的热水中，然后在热水中均匀地注入冷水，在15 min内使水温降至室温，注入水时不要直接冲向试件表面。再经15 min取出试件擦净，测量试件的长度（L2）。如发现试件弯曲、过长、龟裂等应作记录。 五、结果处理 （1）结果计算 水泥净浆试件的膨胀率（%）取两条试件的平均值，当试件的膨胀率与平均值相差超过±10 %时应重做。试件压蒸膨胀率按式1与式2计算： （1） （2） 式中 L沸——试件沸煮膨胀率，%； L压——试件压蒸膨胀率，%； L ——试件有效长度，250 mm； L0——试件脱模后初长读数，mm； L1——试件沸煮后初长读数，mm； L2——试件压蒸后初长读数，mm。 结果计算至0.01 %。 （2）结果评定 当普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的压蒸膨胀率不大于0.50 %，硅酸盐水泥压蒸膨胀率不大于0.80 %时，为体积安定性合格，反之为不合格。 水泥净浆试体的沸煮膨胀率，用以观察游离氧化钙对安定性的影响，沸煮膨胀率数值仅供参考。 六、安全注意事项 压蒸釜属于高压设备，使用时应特别注意。 ① 在压蒸试验过程中将温度计与压力表同时使用，因为温度和饱和蒸气压力具有一定的关系，同时使用就可及时发现压力表发生的故障，以及试验过程中由于压蒸釜内水分损失而造成的不正常的情况。 ② 安全阀应调节至高于压蒸试验工作压力的10 %，即约为2.2 MPa，此时安全阀应立即被顶开。注意安全阀放气方向应背向操作者。 ③ 在实际操作中，有可能同时发生以下故障：自动控制器失灵；安全阀不灵敏；压力指针骤然指示为零，实际上已超过最大刻度从反方向返至零点，如发现这些情况，无论釜内压力有多大，应立即切断电源，并采取安全措施。 ④ 当压蒸试验结束放气时，操作者应站在背离放气阀的方向，打开釜盖时，应戴上石棉手套，以免烫伤。 ⑤ 在使用中的压蒸釜，有可能发生压力表表针折回试验的初始位置或开始点，此时未必表示压力为零，釜内可能仍然保持有一定的压力，应找出原因采取措施。 实验九：水泥混凝土拌合物配合比分析试验 一、实验内容 用水洗分析法测定水泥混凝土拌和物中四组分（水泥、水、砂、石）含量。 二、实验目的 熟悉水泥混凝土拌合物配合比分析的试验步骤，掌握试验结果的分析方法。 三、主体设备：广口瓶、台秤、电子秤、试样筒、标准筛 l 广口瓶：容积为2000mL的玻璃瓶，并配有玻璃盖板： 2 台秤：称量50kg、感量50g和称量10kg、感量5g各一台； 3 托盘天平：称量5kg感量5g； 4 试样筒：容积为5L和10L的容量筒并配有玻璃盖板 5 标准筛孔径为5mm和0.16mm标准筛各一个。 该方法适用于水洗分析法测定普通混凝土拌合物中四大组分（水泥、水、砂、石）的含量，不适用于用特细砂、山砂和机制砂配制的混凝土，对集料含泥量波动较大的混凝土，由于不能修正含泥量对水泥用量的影响，故也不适用。砂、石，的含量，但不适用于骨料含泥量波动较大以及用特细砂、山砂和机制砂配制的混凝上。 本方法应注意的事项包括： ⑴在对混凝土拌合物配合比分析试验前，必须知道原配合比中各种原材料的表观密度。当水泥中含有掺合料时，应测定水泥和掺合料的混合物的表观密度，而不是单纯水泥的表观密度。 ⑵本方法采用的表观密度为饱和面干状态，若已知材料在干燥状态下的表观密度，必须进行换算。 混凝土拌合物的取样应符合规定 1.当混凝土中粗骨料的最大粒径≤40mm时，混凝土拌合物的取样量≥20L，混凝土中粗骨料最大粒径，40mm时，混凝土拌合物的取样量≥40L。 2. 进行混凝土配合比分析时，当混凝土中粗骨料最大粒径≤40mm时，每份取12kg试样，当混凝土中粗骨料的最大粒径，40mm时，每份取15kg试样。剩余的混凝土拌合物水洗法分析混凝土配合比试验步骤 1 整个试验过程的环境温度应在15~25℃之间，从最后加水至试验结束，温差不应超过2℃。 2 称取质量为m0的混凝土拌合物试样，精确至50g，然后按下式计算混凝土拌合物试样的体积， V = m0/ρ， 式中 V——试样的体积L m0——试样的质量g ρ——混凝土拌合物的表观密度（g/cm3）。 计算应精确至1g/cm3。 把试样全部移到5mm筛上水洗过筛，水洗时，要用水将筛上粗骨料仔细冲洗干净，粗骨料上不得粘有砂浆，筛下应备有不透水的底盘，以收集全部冲洗过筛的砂浆与水的混合物，称量洗净的粗骨料试样在饱和面干状态下在的质量mg，粗骨料饱和面干状态表观密度符号为ρ，单位g/m3。 将全部冲洗过筛的砂浆与水的混合物全部移到试样筒中，加水至试样筒三分之二高度，用棒搅拌，以排除其中的空气；如水面上有不能破裂的气泡，可以加入少量的异丙醇试剂以消除气泡，让试样静止10min以使固体物质沉积于容器底部。加水至满，再一边加水一边徐徐推进玻璃板，注意玻璃板下不得带有任何气泡，盖严后应擦净板面和筒壁的余水。称出砂浆与水的混合物和试样筒、水及玻璃板的总质量。应按下式计算细砂浆的水中的质量： mm′= mk- mD 式中m——砂浆在水中的质量g km——砂浆与水的混合物和试样筒、水及玻璃板的总质量g Dm ——试样筒、玻璃板和水的总质量g。 计算应精确至1g。 将试样筒中的砂浆与水的混合物在0.16mm筛上冲洗，然后将在0.16mm筛上洗净的细骨料全部移至广口瓶中，加水至满，再一边加水一边徐徐推进玻璃板。注意玻璃板下不得带有任何气泡，盖严后应擦净板面和瓶壁的余水，称出细骨料试样、试样筒、水及玻璃板总质量。应按下式计算细骨料在水中的质量： ms′= Cs (mcs − mp) 式中ms′——细骨料在水中的质量g Cs——细骨料修正系数 mcs——细骨料试样、广口瓶、水及玻璃板总质量g 计算应精确至1g。 混凝土拌合物中四种组分的结果计算及确定应按下述方法进行： 1 混凝土拌合物试样中四种组分的质量应按以下公式计算 1）试样中的水泥质量应按下式计算 式中 mc ——试样中的水泥质量g mm′ ——砂浆在水中的质量g ms′ ——细骨料在水中的质量g ρc ——水泥的表观密度g/cm3。 计算应精确至1g。 2）试样中细骨料的质量应按下式计算： 式中ms ——试样中细骨料的质量gs ms′ ——细骨料在水中的质量g ρs ——处于饱和面干状态下的细骨料的表观密度g/cm3。 计算应精确至1g。 3）试样中的水的质量应按下式计算： 式中 mw——试样中的水的质量g m0 ——拌合物试样质量g mg 、mg、mc——分别为试样中粗骨料、细骨料和水泥的质量g。 计算应精确至1g。 2 混凝土拌合物中水泥、水、粗骨料、细骨料的单位用量，应按分别按下式计算： 式中 C、W 、G、S ——分别为水泥、水、粗骨料、细骨料的单位用量kg/m3 mc、mw、mg、ms——分别为试样中水泥、水、粗骨料、细骨料的质量 V ——试样体积L。 以上计算应精确至1kg/m3。 3 以两个试样试验结果的算术平均值作为测定值,两次试验结果差值的绝对值应符合下列规定： 水泥：≤6kg/m3； 水：≤4kg/m3； 砂：≤20kg/m3； 石：≤30kg/m3。否则此次试验无效。 混凝土拌合物水洗法分析试验报告内容还应包括以下内容： l 试样的质量； 2 水泥的表观密度； 3 粗骨料和细骨料的饱和面干状态的表观密度； 4 试样中水泥、水、细骨料和粗骨料的质量； 5 混凝土拌合物中水泥、水􀋿粗骨料和细骨料的单位用量； 6 混凝土拌合物水灰比。 实验十：水泥混凝土拌合物坍落度测定 一、实验内容 测定混凝土拌合物坍落度、观测其粘聚性、保水性，以评价混凝土拌合物的工作性。 二、实验目的 根据已知配合比制备混凝土拌合物，熟悉测定混凝土拌合物的坍落度的步骤，并能按照要求进行操作；当坍落度不符合设计要求时，能根据实际情况进行调整，得出基准配合比。 三、主体设备：坍落筒、捣棒等。 1、新拌混凝土拌合物坍落度试验 （1）试验目的：新拌混凝土拌合物的坍落度是保证混凝土便于施工、质量均匀、成型密实的性能，是保证混凝土施工质量的前提。 （2）适用范围 本试验方法适用于坍落度值>lOmm，骨料最大粒径≤37．5mm的混凝土拌合物测定。 （3）主要仪器议备 坍落筒(图12—5)、捣棒、小铲、木尺、钢尺、拌板、 镘刀、下料斗等。 （4）试验方法及步骤 1)按配合比计算15L材料用量并拌制混凝土(骨料以全干状态为准)。 2)湿润坍落度筒及其他用具，把筒放在铁板上，用双脚踏紧踏板。 3)用小方铲将混凝土拌合物分三层均匀地装入筒内，每层高度约为筒高的1／3左右。每层用捣棒沿螺旋方向在截面上由外向中心均匀插捣25次。插捣深度要求为：底层应穿透该层，上层应插到下层表面以下约10～20mm。 4)顶层插捣完毕后，用镘刀将混凝土拌和物沿简口抹平，并清除筒外周围的混凝土。 5)将坍落度筒徐徐垂直提起，轻放于试样旁边。坍落度简的提离过程应在5～10s内完成，从开始装料到提起坍落度筒的整个过程应不间断地进行，并在150s内完成。用钢尺量出试样顶部中心与坍落度筒的高度之差，即为坍落度值。 (5)试验结果确定 坍落度测定提起坍落度筒后，立即测量筒高与坍落后混凝土试件最高点之间的高度差，此值即为混凝土拌合物的坍落度值(mm)，并精确至5mm。 坍落度筒提起后，如混凝土拌合物发生崩塌或一边剪切破坏，则应重新取样进行测定，如仍然出现上述现象，则该混凝土拌合物和易性不好，并应记录备查。 (6)坍落度的调整 1)当坍落度低于设计要求时，可在保持水灰比不变的前提下，适当增加水泥浆量，其数量可为原来计算用量的5％至10％。 当坍落度高于设计要求时，可在保持砂率不变的条件下，增加骨料用量。 2)若出现含砂量不足，导致黏聚性、保水性不良时，可适当增大砂率，反之则减小砂率。 （7）学生根据试验情况编写试验报告。按照试验指导书的格式编写。 实验十一：水泥混凝土拌合物表观密度试验 一、实验内容 测定水泥混凝土拌合物捣实后的密度。 二、实验目的 测定拌和物捣实后单位体积的质量，作为调整混凝土配合比的依据。掌握水泥混凝土拌合物表观密度测定的实验步骤，学会计算拌合物的表观密度，以备修正、核实水泥混凝土配合比计算中的材料用量。 本方法适用于测量最大骨料小于或等于40mm的混凝土拌和物。对于骨料最大粘径为50mm，63.5mm的拌和物，分别采用10L，15L的容量筒。 三、主体设备：试样筒、捣棒、磅秤、振动台等。 ① 量筒——容积5L，金属制带底圆筒，内径和高均为(186±2)mm，筒壁厚3mm。容量筒使用前应给予校正，即用一块玻璃板盖住筒口，称出玻璃板和空筒的总质量。然后向筒内灌人清洁的水，水满至筒口时用玻璃板沿筒口徐徐推过，并继续加水以排除玻璃板底部的气泡，达到盖严的目的。再擦净筒外壁水分，将容量筒连同玻璃板抬上磅秤称其总质量，两次质量的差即容量筒的容积； ② 秤——称量100kg，感量50g； ③ 振动台——频率(50±3)Hz，空载振幅(0．5±0．1)mm； ④弹头形捣棒——Ø6mmX600mm； ⑤小铲、抹刀、金属直尺等。 四、实验步骤 (1)试件制备 从满足混凝土和易性要求的拌和物中取样，及时连续试验。 (2)测定步骤 ①用湿布将容量筒内外擦净，称其质量m1(kg)。 ②将拌和物一次装入容量筒，稍加插捣，并稍高于筒口，再移至振动台上振实至拌和物表面出现水泥浆为止。 ③用金属直尺沿筒口将捣实后多余的拌和物刮去，仔细擦净筒外壁，再称出容量筒和筒内拌和物的总质量，m2(kg)。 注：坍落度值超过70mm的拌和物，可用捣棒人工捣实，将拌和物分3层装入容量筒，每层插捣25次，并在筒外壁拍打10-15次。 (3)测定结果 混凝土拌和物的实测堆密度ρbc按式计算(精确至10kg／m3)： ρbc=(m1-m2)V0×1000 式中V0——容量筒的容积，L。 注：混凝土拌和物的堆密度(湿)一般允许利用制备混凝土抗压强度试件时，称量试模及称量试模连同拌和物的总质量(精确至0．1kg)的方法来测定，以——组3个试件堆密度的平均值作为拌和物的堆密度。 实验十二：水泥混凝土试件的制作、养护及现场取样 一、实验内容 混凝土试件制作，养护及现场取样。 二、实验目的 熟悉并掌握水泥混凝土试件的制作及养护过程。学会钻取或切割取样。了解用于不同性能测试的时间的标准尺寸以及标准尺寸。 三、主体设备 搅拌机、振动台、压力机、球座、试模、捣棒、小均摊铲、金属直尺、压板、橡皮锤、钻孔取样机、锯等。 标准养护室：温度(20±2)℃、相对湿度大于95% 振动台——频率(50±3)Hz，空载振幅(0．5±0．1)mm 四、实验步骤 （1）装模及养护 试件尺寸选用表 试件横切面尺寸/mm 骨料最大粒径/mm 100×100 31.5 150×150 40 200×200 63 1.按照表选择同规格的试模。将试模拧紧螺栓并清刷干净，内涂一薄层机油。 2.将混凝土拌合物均匀搅拌，一次装满试模。装料时，应用抹刀沿试模内壁略加插捣，并应使混凝土拌合物稍有富裕。坍落度小于70mm的混凝土宜于振动台上振实，振至混凝土拌合物表面开始泛镜为止，最后用抹刀刮平。 人工捣实成型试件，拌和物分两层装入试模，每层厚度大致相等。插捣按螺旋形从边缘向中间均匀进行。 混凝土抗压强度应以三个试件为一组。 3.成型后的试件应覆盖，防止水分蒸发，在室温(20±5)℃环境中静置1-2昼夜，然后按编号拆模 4.拆模后的试件应放标准养护室养护。试件应放在架上，彼此间隔1~2cm，养护直至试压龄期为止。 5.放入雾室或湿箱的水平架上养护，一直养护到脱模。（对于24h龄期的，应在破型试验前20min内脱模，对于24h以上龄期的应在成型后20-24h之间脱模） 6.将试件水平或竖直放在20℃左右的水中养护，水平放置时刮平面应朝上。 （2）钻芯法检测混凝土缺陷 1.适用范围 适用于从混凝土结构中钻取芯样，以测定普通混凝土的强度。 钻芯法检测混凝土强度主要用于下列情况： a.对试块抗压强度的测试结果有怀疑时，如试块强度很高而结构混凝土质量很差，或试块强度不足而结构质量较好等； b、因材料、施工或养护不良而发生混凝土质量问题； c、混凝土遭受冻害、火灾、化学侵蚀或其他损害以及表层与内部质量不一致的混凝土； d、需检测多年使用的建筑结构或构筑物中混凝土强度。 对混凝土强度等级低于C1O的混凝土结构，不宜采用钻芯法检测。 2.检测依据 《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECSO3-2007； 《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004。 3.检测设备 钻芯机；冲击钻；补平装置；游标卡尺。 4.取样大小及样本 （1）采用钻芯法检测结构混凝土强度前，应具备下列资料： a 工程名称、部位及设计、施工、建设单位名称； b 结构或构件种类、外形尺寸及数量； c 成型日期、原材料和混凝土试块抗压强度试验报告； d 设计采用的混凝土强度等级； e 有关的设计图和施工资料等； f 检测的原因 （2）钻芯取样应在结构或构件的下列部位钻取： a 结构或构件受力较小的部位； b 混凝土强度质量具有代表性的部位； c 便于钻芯机安放和操作的部位； d 避开主筋、预埋件和管线的位置，并尽量避开其他钢筋； e 用钻芯法和非破损法综合测定强度时，应与非破损法取同一测区。 （3）钻取芯样的数量应符合下列规定： a 按单个构件检测时，每个构件的钻芯数量不应少于3个；对于较小构件，钻芯数量可取2个； b 对构件的局部区域进行检测时，应由要求检测的单位提出钻芯位置及芯样数量； c 作回弹法检测混凝土强度修正的芯样数量应不少于6个。 （4）钻取芯样的要求： a 钻取的芯样直径一般不宜小于骨料最大粒径的3倍，在任何情况下不得小于骨料最大粒径的2倍； b 每个“修正的芯样”的表面均需有构件混凝土原浆模板面，以便读取回弹值、碳化深度值后再制作芯样试件。不可以将较长芯样沿长度方向截取为几个芯样来计算修正系数。 c 从钻孔中取出的芯样在稍微晾干后，应标上清晰标记。若所取芯样的高度及质量不能满足要求时，应重新钻取芯样。芯样在运输前应仔细包装，避免损坏。 d 结构或构件钻芯后所留下的孔洞，可采用树脂类或微膨胀水泥类的细骨料混凝土（比原设计标号提高一个强度等级）及时进行修补，以保证其正常工作。 e 钻芯时用于冷却钻头和排除混凝土料屑的冷却水流量宜为3-5L/min，出口水温不宜超过30℃ f 工作完毕后，应及时对钻芯设备进行保养维修。 （5）芯样的加工及要求 a 芯样抗压试件的高度和直径之比应在1-2的范围内。 b 芯样试件内不应含有钢筋。如不能满足此项要求，每个试件内最多只允许含有二根直径小于1Omm的钢筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直并不得露出端面。 c 锯切后的芯样应满足平整度和垂直度的要求，当不能满足时，应对端面进行加工，用水泥砂浆（或水泥净浆）等材料补平。水泥砂浆（或水泥净浆）补平厚度不宜大于5mm，硫磺胶泥（硫磺）补平厚度不宜大于1.5mm，补平层应与芯样结合牢固，以使受压时补平层与芯样的结合面不提前破坏。 d 测量和记录芯样尺寸：平均直径：用游标卡尺测量芯样中部，在相互垂直的两个位置上取其二次测量的算术平均值，精确至0.5mm； 芯样高度：用钢板尺进行测量，精确至1mm； 垂直度：用游标量角器测量，两个端面与母线的夹角，精确至0.10； 平整度：用钢板尺和塞尺测量芯样端面的缝隙。 e 芯样尺寸偏差及外观质量超过下列数值时，不得用作抗压强度试验。 ①经端面补平后的芯样高度小于0.95d(d为芯样试件平均直径）或大于2.05d时； ②沿芯样高度任一直径与平均直径相差达2mm以上时； ③芯样端面的不平整度在100mm长度内超过0.1mm时； ④芯样端面与轴线的不垂直度超过2度时； ⑤样有裂缝或有其他较大缺陷时。 5、注意事项 a 仔细审读设计图纸，确定合理钻芯位置． b 钻芯前应检查钻芯机是否正常，安装是否牢固，搭设平台是否牢固。 c 漏电保护装置是否正常。 d 钻芯前应先对芯样表面进行回弹值和碳化深度值检测。 e 现场检测人员操作过程中要注意自己和他人的安全。 f 检测人员检测过程中要做到文明施测。 6、钻芯法检测混凝土强度的流程图 委托检测登记→检测员获得有关资料→了解检测情况→制定检测方案→检查钻芯机→做好检测准备→钻取芯样并编号记录→芯样加工，养护→芯样试压，记录破坏状态→计算→出具报告→整理归档。 7.检测报告 报告内容包括： 1 委托单位 2 建筑工程概况 3 设计单位、施工单位及监理单位名称 4 检测项目、检测方法及依据标准 5 抽样方案及数量 6 检测日期，报告日期 7 检测项目的主要分类检测数据和汇总结果；检测结果、检测结论； 8 编制后，首先部门内部进行审核；无问题后主检、审核人签字交至总工审定。 9 报告完成后交承接室存档发放。 实验十三： 混凝土立方体抗压强度试验 一、目的意义 本实验测定混凝土的抗压强度，检验混凝土强度等级，确定、校核配合比，为控制施工质量提供依据。 1、 学习混凝土强度的测试方法，以确定混凝土的等级； 2、 分析影响混凝土强度测试结果的各种因素。 二、实验原理 混凝土受力破坏的过程，实际上是混凝土裂缝的发生及发展的是过程，也就是混凝土内部结构从连续到不连续的演变过程。 当混凝土承受单向应力荷载时，由于骨料的强度和弹性模量都大于水泥沙浆，因此在粗骨料的上、下端产生压应力，侧面产生拉应力。此外，水泥石的抗拉强度远低于抗压强度，所以在较低的压应力作用下，当其受拉区的应力超过界面抗拉强度时，就使界面裂缝逐渐扩展，最后导致试件破坏。 对相同质量的混凝土立方体试件来说，试件的尺寸越小，测得的强度越高，反之亦然。这是由于混凝土立方试块在压力机上受压时，沿荷载方向产生纵向变形的同时，将发生横向变形。随着荷载逐渐加大，在试块上下表面与压力机压板的接触面上产生制止横向扩展的摩擦力。 三、实验器材 1、压力试验机，其性能应符合下列要求： ①其精度为±1%； ②试件破坏荷载应大于压力机全量程的20%且小于压力机全量程的80%； ③应具有加荷指示装置或加荷速度控制装置，并应能均匀、连续地加荷。 2、试模。 3、振动台：应符合JG/T3020—1994《混凝土试验用振动台》的要求。 四、取样方法 一、试件分类： 1、用于检验混凝土抗压强度是否达到设计要求的试件: a、标准养护试件：是在混凝土浇筑地点按标准方法制作的在标准养护条件下养护28d的试件。 b、同条件试件：是在混凝土浇筑地点制备与结构实体相同成型条件，并同条件养护至等效养护龄期的试件。 注：标准养护条件：温度为20±2℃，相对湿度95%以上。 等效养护龄期：等效养护可按日平均温度逐日累计达到600℃·d时所对应的龄期不应小于14d，也不宜大于60d。 2、用于指导施工（拆模、出池、出厂、吊装、预应力筋张拉或放张以及施工期间需短暂负荷）需要测定混凝土抗压强度的试件；其试件的成型方法和养护条件与施工中采用的成型方法和养护条件相同；但养护龄期根据施工需要确定、 3、试件规格：混凝土试件的尺寸应根据混凝土骨料的最大粒径按下表选用： 混凝土立方体试件尺寸选用表 我国现以150×150×150的试件为标准条件，其它试件测得的抗压强度值均应乘以尺寸换算系数，换算成标准试件的抗压强度值。 换算值：200×200×200的试件为1.05 100×100×100的试件为0.95 4、试件数量 A、用于检查结构构件混凝土强度的标养试件数量： a、每拌制100盘且不超过100m3的同配比的混凝土，取样不得少于一次； b、每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100盘时，取样不得小于一次； c、当一次连续浇筑超过1000m3，同一配合比的混凝土每200m3取样不得少于一次； d、每一楼层，同一配合比的混凝土取样不得小于一次； e、每次取样应至少留置一组标准养护试件，一组试件由三个试块组成。 B、用于检查结构实体混凝土强度的同条件养护试件数量： a、同条件养护试件所对应的结构构件或结构部位，应由监理（建设）施工等各方共同选定； b、对混凝土结构工程中的各混凝土强度等级，均应留置同条件养护试件； c、同一强度等级的同条件养护试件，其留置的数量应根据混凝土工程量和重要性确定，不宜少于10组，且不应少于3组。 C、用于指导施工的同条件养护试件数量： 由施工单位根据施工需要确定。 D、试件验收 1检查委托单填写是否完整、准确（单位工程名称、试件代表部位、强度等级、原材料名称、性能、生产厂、配合比等）及送试人、制作人和见证人签名。 2检查试件的规格、尺寸、标记（工程代号、强度等级、代表部位、成型日期等）是否符合要求；对规格、尺寸偏差过大的试件，应剔除或作好记录。 五、试验步骤 1、先将试件擦试干净，测量尺寸，并检查其外观和标记。试件尺寸测量精确至1mm，并据此计算试件的受压面积，如实测尺寸与公称尺寸之差不超过1mm，可按公称尺寸计算。 2、将试件安放在试验机下压板上，试件的承压面积应与试件成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准。开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡。 3、对混凝土试件应连续而均匀地加荷，加荷速度应为：低于C30混凝土为0.3—0.5MPa/S。当试件接近破坏。并记录破坏荷载P。 单个试块抗压强度按下式计算 fce=P/A 式中：fce—混凝土立方体抗压强度MPa（精确至0.1MPa） P—试件破坏荷载N A—试件承压面积mm2 对于非标准尺寸试件，应乘换算系数后，得到的抗压强度值为该试块的抗压强度值（换算系数见2.2） 六、压力机操作规程 1、照委托任务单，检查试块的外观状态，纪录试块的成型日期、部位、强度等级等项目。 2、上总电源开关，按“电源启动”、“油泵启动”按钮，启动试验机，预热10分钟。 3、按[开始]按钮，观察油缸是否上升，确认试验机工作正常，按[停止]按钮停止。 4、根据试块的尺寸，调整下压盘的高度。 A、正确设定试块的尺寸规格和加载速度，确认当前的工作方式为“Test”(试验方式)，否则按[0]键选择。 B、放置好的试块，按[开始]键自动开始试验。试块破碎，自动下降。试验过程中，可随时按[停止]键终止试验。 C、一组（3块）试验完成，纪录抗压结果。 D、试验完毕，关掉试验机。对试验机及周围环境进行清理。 七、数据处理方法 1、一组试件（三个试块）抗压强度代表值的确定： A、以三个试块测得的抗压强度平均值为该组试件抗压强度代表值。 B、三个测量值中最大值或最小值，如有一个与中间值的差超过中间值的15%时，则把最大和最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度代表值。 C、三个测量值中有两个测量值与中间值的差均超过中间值的15%，该组试件的试验结果无效。 D、对于用于检验构件实体混凝土强度的同条件试件抗压强度的代表值，也按上述方法确定的试件抗压强度乘折算系数（2.2）后得到的抗压强度值为该组同条件试件抗压强度代表值。 抗压强度代表值，精确至0.1MPa。 计算抗压强度代表值占强度等级百分比时精确至1%。 2、试验结果评定： 混凝土试件的抗压强度是以批验收，不是以每组试件的抗压强度验收的，所以对单组试件不作验收。 每批混凝土强度验收应根据GBJ107-87给出验收标准，对该批混凝土试件（用于检验混凝土的标准养护试件和同条件试件）的各组抗压强度统计计算后才能评定该批混凝土强度是否达到设计混凝土强度等级要求。 3、强度值的确定应符合下列规定： 三个试件测量值的算术平均值作为该组试件的强度值（精确至0.1MPa）； 三个测量值中的最大值最小值中如有一个与中间值的差值超过中间的15%时，则把最大及最小值一并去除，取中间值作为该组试件的抗压强度值； 如最大值和最小值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效； 混凝土强度等级＜C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值对200×200×200的试件为1.05，对100×100×100的试件为0.95。当混凝土强度等级≥C60时，宜采用标准试件；如使用非标准试件时，尺寸换算系数应试验确定。 实验十四 混凝土抗弯拉强度试验 一、目的意义 　　本试验规定了测定混凝土抗折（抗弯拉）极限强度的方法，以提供设计参数，检查混凝土施工品质和确定抗折弹性模量试验加荷标准，适用于道路混凝土的直角小梁试件。 混凝土的抗弯强度就是抗折强度，有国标的，如下： 二、测试步骤 1、试件从养护地取出后应及时进行试验，将试件表面擦干净。 2 、按图 10.0.3 装置试件，安装尺寸偏差不得大于 1mm。试件的承压面应为试件 成型时的侧面。支座及承压面与圆柱的接触面应平稳、均匀，否则应垫平。 3 、施加荷载应保持均匀、连续。当混凝土强度等级＜C30 时，加荷速度取每秒 0.02～0.05MPa；当混凝土强度等级≥C30 且＜C60 时，取每秒钟 0.05～0.08MPa；当 混凝土强度等级≥C60 时，取每秒钟 0.08～0.10MPa，至试件接近破坏时，应停止调 整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。 4 记录试件破坏荷载的试验机示值及试件下边缘断裂位置。 三、数据处理 1、 抗折强度试验结果计算及确定按下列方法进行： 若试件下边缘断裂位置处于二个集中荷载作用线之间，则试件的抗折强度 （fMPa）按下式计算： 2bhFlf f= （10.0.5） 式中 ——混凝土抗拆强度（MPa）； f f F ——试件破坏荷载（N）； l ——支座间跨度（mm）； h——试件截面高度（mm）； b——试件截面宽度（mm），抗折强度计算应精确至 0.1MPa。 2 、抗折强度值的确定应符合本标准第 6.0.5 条中第 2 款的规定。 3 、三个试件中若有一个折断面位于两个集中荷载之外，则混凝土抗折强度值按 另两个试件的试验结果计算， 若这两个测值的差值不大于这两个测值的较小值的 15% 时，则该组试件的抗折强度值按这两个测值的平均值计算，否则该组试件的试验无 效。若有两个试件的下边缘断裂位置位于两个集中荷载作用线之外，则该组试件试 验无效。 4、 当试件尺寸为 100mm×l00mm×400mm 非标准试件时，应乘以尺寸换算系数 0.85；当混凝土强度等级≥C60 时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算 系数应由试验确定。 实验十五 混凝土抗冻融性能测试（慢冻法） 一、目的意义 混凝土在天然条件下会经常受干湿、冷热、冻融等交替物理作用而破坏。抗冻冻融性可以理解为其抵抗正负温度多次变化的性能，是混凝土长期耐久性中的一个重要指标。通过测试混凝土立方体所承受冻融循环次数，可以确定为抗冻标号。 本实验的目的： 1、了解抗冻性的概念； 2、掌握冻融循环的实验方法； 3、根据实验结果确定混凝土的抗冻标号。 二、实验原理 混凝土在冻融交替下产生崩裂的机理一般认为是毛细管中的水结冰使体积膨胀而产生压力形成的。根据被冻融试体的抗压强度损失率、质量损失率和冻融循环次数来确定混凝土抗冻标号。 三、实验器材 冷冻箱、冻融水槽、框栏、台称、压力试验机 四、实验步骤 1、如无特殊规定，试件应在28d龄期时开始冻融试验。冻融试验前4d应把试件从养护室取出，进行外观检查，然后在温度为15～20℃的水中浸泡（包括测温试件）。浸泡时水面至少要高出试件顶面20mm，试件浸泡4d后进行冻融试验。 2、浸泡完毕后取出试件，用湿布擦除试件表面水分，称重，测量其横向基频的初始值。 3、将试件放入试件盒内，为了使试件受温均衡，并消除试件周围因水分结冰引起的附加应力，试件的侧面与底部应垫放适当宽度与厚度的橡胶板，在整个试验过程中，盒内水位高度应始终保持高出试件顶面5mm左右。 4、把试件盒放入冻融箱内。其中装有测温试件的试件盒放在冻融箱的中心位置。此时即可开始冻融循环。 5、冻融循环过程应符合下列要求： 每次冻融循环应在2～4h内完成，其中用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4。 在冻结和融化终了时，试件中心温度应分别控制在－17±2℃和8±2℃。 （1）每块试件从6℃降至－15℃所用的时间不得少于冻结时间的1/2。每块试件从－15℃升至6℃所用的时间也不得少于整个融化时间的1/2。试件内外的温差不宜超过28℃。 （2）冻和融之间的转化时间不宜超过10min。 6、试件一般应每隔25次循环做一次横向基频测量，测量前应把试件表面浮渣清洗干净，擦去表面积水，并检查其外部损伤及重量损失。测完后，应把试件掉一个头重新装入试件盒内。试件的测量、称量以及外观检查应尽量迅速，以免水伤损失。 7、为保证试件在冷液中冻结时温度稳定均衡，当有一部分试件停冻取出时，应另用试件填充空位。 如冻融循环因故中断，试件应保持在冻融状态下，并最好能将试件保存在原容器内用冰块围住。如无这一可能，则应将试件在潮湿状态下用防水材料包裹，加以密封，并存放在－17±2℃的冷冻室或冰箱中。 试件处在溶解状态下的时间不宜超过两个循环。特殊情况下，超过两个循环周期的次数，在整个试验过程中只允许1～2次。 8、冻融达到以下三种情况之一即可停止试验： 已达到300次循环。 相对动弹性模量下降到60％以下。 重量损失率达5％。 五、实验数据记录 1、混凝土试配配合比 试验用原材料 品种 来源 性能指标 水泥 粉煤灰 骨料 外加剂 混凝土配合比 试验编号 材料用量(kg/m3) W C S G 粉煤灰 外加剂 T1 T2 T3 T4 混凝土试验结果 试验编号 水灰比 含气量(%) 外加剂 强度(MPa) 抗冻等级 耐久性指数 重量损失率(%) 抗渗等级 品种 掺量(%) 3d 28d T11 T12 T13 T14 T21 T22 T23 T24 T31 T32 T33 T34 T41 T42 T43 T44 混凝土冻融实验后应按下计算其强度损失率： △fc=（fc0-fcn）/fc0*100% 混凝土试件冻融后的质量损失率可按下式计算： △Wn=（G0-Gn）/G0*100% 混凝土的抗冻标号，以同时满足强度损失率不超过25%。质量损失率不超过5%时的最大循环次数来表示。 六、实验结果分析与讨论 混凝土强度、抗冻等级和抗渗等级能否满足设计要求。 2、分析外加剂的品种和掺量、水灰比、单位水泥量、粉煤灰掺量等因素对混凝土的抗冻性和抗渗性的影响。 3、实验方案设计对研究结论的影响分析。 七、任选思考题 试述提高混凝土抗冻性能和抗渗性能的措施。 试述混凝土渗透性与耐久性的关系。 外加剂的品种和掺量对混凝土耐久性有哪些影响。 水灰比的大小对混凝土抗冻性能和抗渗性能有何影响? 试述混凝土密实度、孔隙及孔隙的充水程度对抗渗性和抗冻性等性能的影响。 实验十六： 混凝土抗渗性试验 一、实验意义和目的 混凝土耐久性指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理，保持其安全、使用功能和外观要求的能力。耐久性研究是世界性课题，也土木工程领域的关注重点。耐久性研究对新建结构及维修改造都极为重要。统计表明，目前我国处于第二阶段。混凝土结构耐久性不足的问题，要比安全性不足更为严重，更迫切需要解决。 混凝土结构的耐久性研究可分为材料、构件和结构三个层次。在材料学科领域，目前对结构耐久性研究较多的是混凝土冻融和抗渗。为了提高混凝土的抗冻性和抗渗性，可以从原材料的优选、配合比的优化方面进行大量的试验研究工作。 通过本实验，不但可以掌握相关的实验方法与技能，而且，通过设计混凝土耐久性试验研究方案，分析研究混凝土密实度、孔隙及孔隙的充水程度对抗渗性和抗冻性等性能的影响，提出提高混凝土耐久性的措施，从而加深对该重点研究领域的了解和认识。 二、实验原理 混凝土耐久性主要包括抗渗性、抗冻性等性质。 1、抗渗性指混凝土抵抗压力水渗透的能力。是混凝土耐久性的一个重要标志。衡量抗渗性的指标是抗渗等级：以28天龄期标准试件，按下述规定方法检验混凝土所能承受的最大压力（MPa），例如，P2、P4、P8分别表示混凝土能抵抗0.2、0.4、0.8Mpa的水压力而不渗水。 2、混凝土的冻融循环试验按照GBJ82－85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中抗冻性能试验的“快冻法”进行。本方法适用于在水中经快速冻融来测定混凝土的抗冻性能。快冻法抗冻性能的指标可用能经受快速冻融循环的次数或耐久性指数来表示。本方法特别适用于抗冻性要求高的混凝土。根据冻融循环后的相对动弹模量和质量损失来确定最大循环次数和耐久性指数。 （二）抗渗性和抗冻性的影响因素及其改善措施。 混凝土的密实度、孔隙数量及构造、孔隙的充水程度均是决定抗冻性和抗冻性的重要因素。因此，通过选材和配合比设计，可以提高混凝土的密实度，降低孔隙率，改善孔隙构造，提高抗渗性和抗冻性，从而提高混凝土的耐久性。 1、混凝土抗渗性的影响因素 混凝土抗渗性影响因素很多，包括混凝土水灰比、水泥细度、水泥品种、集料品种、施工质量、养护条件和环境介质等。水灰比对混凝土抗渗性的影响最大。水灰比越大，混凝土抗渗性就越差；采用细颗粒含量多的水泥，可以提高抗渗性，但使用细水泥需要增加其用水量，会导致混凝土抗裂性下降，应引起注意；采用水中养护或潮湿养护的混凝土，水泥水化处于十分优越的条件，其抗渗性明显提高，加热养护混凝土的耐久性将大大低于水中或潮湿养护的混凝土。 2、混凝土的抗渗措施 （1）提高混凝土自身的抗渗能力 增加自身的抗渗能力是混凝土提高抗渗性的最根本的方法，主要的措施有： 设计合理的混凝土配合比，严格控制混凝土的水灰比。 在混凝土中掺入粉煤灰等外加剂，提高混凝土的抗渗性。 对砂石的清洁度特别是含泥量，提出严格的要求。 采用机械振捣和机械搅拌，保证混凝土的密实度。 加强混凝土的养护。 （2）采用表面涂层或覆盖层。 （3）浸渍混凝土。 三、实验装置、流程和仪器 混凝土抗渗仪、压力试验机、加压装置、QHKD-1全自动混凝土快速冻融系统、DT-10W动弹仪。 四、实验方法和步骤 （一）选材与配合比设计 选择合适的原材料，调整W/C、C、W0、Sp和外加剂，配制C60/F100/S8。 （二）抗渗性能试验 1、试件成型和养护应按标准有关规定执行，以六个试件为一组。 2、试验前一天取出养护试件，用钢丝刷刷去两端面水泥浆膜。在其侧面涂一层熔化的石蜡密封材料，放入烘箱预热过的试件套中。在压力机上将试件压入试件套中。连同试件套固定在抗渗仪上进行试验。 3、打开阀门，调整抗渗仪指针初读数，使水压为0.1Mpa。每隔8h增加水压0.1Mpa，并且随时注意观察试件端面的渗水情况。当第一块试件出现渗水时，关闭相应阀门。当第二块试件出现渗水时，关闭相应阀门。当第三块试件出现渗水时，即可停止试验，记下此时的水压值。(注：当加压至设计抗渗等级，经8h后第三个试件仍不渗水，表明混凝土已满足设计要求，也可停止试验。) 4、根据公式计算混凝土的抗渗等级。 5、将试件劈裂，观察内部渗水情况。测量试件内部渗水高度，可进一步比较不同试件的抗渗 五、实验结果分析与讨论 混凝土强度、抗冻等级和抗渗等级能否满足设计要求。 分析外加剂的品种和掺量、水灰比、单位水泥量、粉煤灰掺量等因素对混凝土的抗冻性和抗渗性的影响。 实验方案设计对研究结论的影响分析。