水泥试验：试饼法对外形变化的观察

1.水泥试验的一般规定

（1）取样方法

以同一水泥厂按同品种、同强度等级、同期到达的水泥，不超过400t为一个取样单位。取样应有代表性，可连续取，也可从20个以上不同部位各抽取约1kg，总量至少12kg。

（2）试样及用水

1）水泥试样应充分拌匀，通过0.9mm方孔筛，并记录筛余物百分数及其性质。

2）试验用水必须是洁净的淡水。

3）水泥试样、标准砂、拌和用水等的温度均应与试验室温度相同。

（3）试验室温度湿度

试验室温度应为17～25℃，相对湿度应大于50%。标准养护箱温度应为20℃±3℃，相对湿度大于90%。

2.水泥标准稠度用水量测定

（1）试验目的

通过试验测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量，作为测定水泥凝结时间、安定性试验用水量的标准。

（2）主要仪器设备

1）标准稠度与凝结时间用的维卡仪（试图1-1）。标准稠度测定用试杆[试图1-1（c）]有效长度为50mm±1mm、直径为φ10mm±0.05mm的圆柱形耐腐蚀金属制成。测定凝结时间时取下试杆，用试针[试图1-1（d）、试图1-1（e）]代替试杆。试针由钢制成，其有效长度初凝针为50mm±1mm、终凝针为30mm±1mm、直径为φ1.13mm±0.05mm的圆柱体。滑动部分的总质量为300g±1g。金属空心试锥锥底直径40mm、高50mm，装净浆用锥模上部内径60mm、锥高75mm。

试图1-1　测定水泥标准稠度和凝结时间用的维卡仪

（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）标准稠度试件；（d）初凝用试针；（e）终凝用试针

2）净浆搅拌机

水泥净浆搅拌机，属国际标准通用型，如试图1-2所示。由搅拌锅、搅拌叶片、传动机构和控制系统组成。搅拌叶片在搅拌锅内做旋转方向相反的公转和自转，并可在竖直方向调节，搅拌机可以升降，控制系统具有按程序自动控制与手动控制两种功能。

试图1-2　水泥净浆搅拌机示意图（单位:mm）

（a）水泥净浆搅拌机；（b）搅拌锅与搅拌

3）天平、量筒、小刀等。

（3）试验步骤

1）标准稠度用水量可用调整水量和不变水量两种方法中的任一种来测定。如发生矛盾时，以前者为准。

2）试验前必须检查测定仪的金属棒能否自由滑动，试锥降至锥模顶面位置时，指针应对准标尺零点，搅拌机应运转正常。

3）水泥净浆用机械拌和，拌和用具先用湿布擦抹。将称好的500g水泥试样倒入搅拌锅内。

采用调整水量方法时，拌和水量按经验确定；采用不变水量方法时，用水量为142.5mL，准确至0.5mL。

4）拌和时，先将装有试样的锅放到搅拌机锅座上的搅拌位置，开动机器，同时徐徐加入拌和用水，慢速搅拌120s，停拌15s，接着快速搅拌120s后停机。

5）拌和完毕，立即将净浆一次装入锥模中，用小刀插捣并振动数次，刮去多余净浆，抹平后，迅速放到测定仪试锥下面的固定位置上。将试锥降至净浆表面，拧紧螺丝，然后突然放松螺丝，让试锥沉入净浆中，到停止下沉时，记录试锥下沉深度S。

（4）试验结果

1）用调整水量方法测定时，以试锥下沉深度28mm±2mm时的拌和水量为标准稠度用水量P，以水泥质量百分数计。

如超出范围，须另称试样，调整水量，重新试验，直至达到28mm±2mm时为止。

2）用不变水量方法测定时，根据测得的下沉深度S（mm），可按以下经验式计算标准稠度用水量P（%）:

P＝33.4—0.185S

当试锥下沉深度小于13mm时，应用调整水量方法测定。

3.水泥净浆凝结时间的测定

（1）试验目的

测定水泥的凝结时间，并确定它能否满足施工的要求。

（2）主要仪器设备

1）测定仪。与测定标准稠度用水量时的测定仪相同，只是将试锥换成试针，装净浆的锥模换成圆模，如试图1-1（d）所示。

2）净浆搅拌机，如试图1-2所示。人工拌和圆形钵及拌和铲等。

（3）试验步骤

1）测定仪的调零。调整测定仪的试针（初凝针）接触玻璃板时，指针对准标尺零点。

2）标准稠度水泥净浆的拌制。称取500g水泥，量取500P的用水量，按规定拌制成标准稠度的水泥净浆[记录水全部加入水泥中的时刻作为凝结时间的起始时刻（T0）]。

3）试件的制备。将标准稠度净浆一次装入试模，振动数次刮平，然后放入湿气养护箱内。

4）初凝时间（T初）的测定。试件成型后30min测定第一次。测定时，从湿气养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与净浆表面的接触，拧紧制动螺丝，然后突然放松，试针自由沉入净浆，观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数[试图1-1（a）]。临近初凝时，每隔5min测定一次，直至试针沉至距底板4mm±1mm，即指针读数为3～5mm时，水泥浆达到初凝状态。水泥浆达到初凝状态的时刻记为T1。

5）终凝时间（T终）的测定。初凝时间测定完后，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，再放入湿气养护箱继续养护，并将终凝针安装环形附件后替换初凝针[试图1-1（b）]。临近终凝时，每隔15min测一次，当试针沉入净浆0.5mm，即环形附件开始不能在试件上留下痕迹时，水泥浆达到终凝状态，水泥达到终凝状态的时刻记为T2。

注:①最初测定时应扶持金属棒，使其徐徐下降，以防试针（初凝针）撞弯，但初凝时间仍必须以自由降落测得的结果为准；②每次测试不得让试针落入原针孔，且距试模内壁至少10mm；③每次测试完毕须将试针擦净并将试模放回湿气养护箱内；④达初凝或终凝时应重复测一次，当两次结论相同时才能定为到达初凝状态或终凝状态。

（4）试验结果

1）初凝时间:水泥的初凝时间T初＝T1—T0。

2）终凝时间:水泥的终凝时间T终＝T2—T0。

4.水泥安定性检验

（1）试验目的

检验水泥浆在硬化时体积变化的均匀性，是否因体积变化而引起膨胀、裂缝或翘曲，判断水泥安定性是否合格。

（2）试验方法

试饼法:观察水泥净浆试饼沸煮后的外形变化。

雷氏夹法:测定水泥净浆在雷氏夹中沸煮后的膨胀值。

两种方法均可用，有争议时以雷氏夹法为准。

（3）主要仪器设备

1）水泥净浆搅拌机，如试图1-2所示。

2）沸煮箱，如试图1-3所示。

试图1-3　沸煮箱

1—蓖板；2—阀门；3—水位管

3）雷氏夹，如试图1-4所示。

试图1-4　雷氏夹（单位:mm）

1—指针；2—环模；3—玻璃

4）雷氏夹膨胀值测量仪，如试图1-5所示。(www.xing528.com)

试图1-5　雷氏夹膨胀值测量仪（单位:mm）

1—底座；2—模子座；3—测弹性标尺；4—立柱；5—测膨胀值标尺；6—悬臂；7—悬丝；8—弹簧顶扭

（4）试验步骤

1）称取水泥试样400g，以标准稠度用水量，按标准稠度测定时拌和净浆的方法制成净浆，从其中取出净浆约150g，分成两等分，使之成球形，放在涂过油的玻璃板上，轻轻振动玻璃板，并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹动，做成直径70～80mm、中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼。接着将试饼放入湿气养护箱内，自成型时起，养护24h±2h。

雷氏夹试件的制备是将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立刻将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，另一只手用宽约10mm的小刀插捣15次左右，然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立刻将试模移至湿气养护箱内养护24h±2h。

2）脱去玻璃板取下试件。

当采用试饼法时，先检查其是否完整，在试件无缺陷的情况下将试饼放在沸煮箱的水中篦板上，然后在30min±5min内加热至沸，并恒沸3h±5min。

当用雷氏夹法时，先测量试件指针尖端间的距离（A），精确到0.5mm。接着将试件放入水中篦板上，指针朝上，试件之间互不交叉，然后在30min±5min内加热至沸，并恒沸3h±5min。

3）沸煮结束，即放掉箱中的热水，待冷却至室温，取出试件进行测定。

（5）试验结果

试饼法:目测试饼，若未发现裂缝，再用直尺检查，也没有弯曲时，为安定性合格，反之为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。

雷氏夹法:测量试件指针尖端间的距离（C），记录至小数点后1位，当两个试件煮后增加距离（C—A）的平均值不大于5.0mm时，即为安定性合格，当两个试件的（C—A）值相差超过4mm时，应用同一样品立即重做一次试验。

5.水泥胶砂强度检验（ISO法）

（1）试验目的

检验水泥各龄期强度，评定水泥强度等级。

（2）主要仪器设备

1）行星式搅拌机。是搅拌叶与搅拌锅作相反方向转动的搅拌设备，锅转速为64r/min。

2）振实台。如试图1-6所示。台面为360mm×360mm，装有卡具，振动频率为2800～3000次/min，振幅为0.75mm。装有制动器，能使电动机停后5s内停止转动。

试图1-6　振实台

1—突头；2—凸轮；3—止动器；4—随动轮

3）下料漏斗。由漏斗和套模组成。套模与试模匹配，漏斗可将拌和料同时漏入三联式试模的每个模内。

4）试模（试图1-7）。为可装卸的三联模，由隔板、端板、底座组成。组装后三板内壁接触面应相互垂直。

试图1-7　试模

1—隔板；2—端板；3—底座
A:160mm；B、C:40mm

5）抗折试验机，如试图1-8所示。

试图1-8　水泥抗折试验机

1—平衡砣；2—大杠杆；3—游动砝码；4—丝杆；5—抗压夹具；6—手轮

6）抗压试验机及抗压夹具。抗压试验机以20～30kN为宜，误差不得超过±2%。抗压夹具由硬质钢材制成，加压板长62.5mm±0.1mm，宽不小于40mm，加压面必须磨平。

7）刮平刀。断面正三角形，有效长度26mm。

（3）试验步骤

1）试件成型

a.成型前将试模擦净，四周模板与底板的接触应涂黄干油，紧密装配，防止漏浆，内壁均匀涂一层机油。

b.水泥与标准砂的质量比为1:3，水灰比为0.5（5种常用水泥品种都相同）。

c.每成型3条试件需称量水泥450g，中国ISO标准砂1350g，水225g。

d.搅拌前，把水加入锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置。然后立即开动机器，低速搅拌30s，在第二个30s开始的同时均匀地将砂子加入。当各级砂分装时，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，在第一个15s内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂，刮入锅中间。在高速下继续搅拌60s。各个搅拌阶段，时间误差应在±1s以内。

e.胶砂搅拌后立即成型。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两层装入试模，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，接着振实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，并用同一直尺近乎水平的情况下将试体表面抹平。

在试模上作标记或加字条标明试件编号和试件相对于振实台的位置。

2）试件的养护

a.脱模前的处理和养护。去掉留在模子四周的胶砂。立即将作好标记的试模放入雾室或湿箱的水平架子上养护，湿空气应能与试模各边接触。养护时不应将试模放在其他试模上，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或做其他标记。两个龄期以上的试体，在编号时应将同一试模中的3条试体分在2个以上龄期内。

b.脱模。脱模应非常小心，脱模时可用塑料锤或橡皮榔头或专门的脱模器。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。如经24h养护，会因脱模对强度造成损害，可以延迟至24h以后脱模，但在试验报告中应予说明。

已确定作为24h龄期试验（或其他不下水直接做试验）的已脱模试体，应用湿布覆盖至做试验时为止。

c.水中养护。将做好标记的试件立即水平或竖直放在20℃±1℃水中养护，水平放置时刮平面应朝上。

试件放在不易腐烂的篦子上（不宜用木篦子），并彼此间保持一定间距，以让水与试件的6个面接触。养护期间试件之间间隔或试体上表面的水深不得小于5mm。

每个养护池只养护同类型的水泥试件。

最初用自来水装满养护池（或容器），随后随时加水保持适当的恒定水位，不允许在养护期间完全换水。

除24h龄期或延迟至48h脱模的试体外，任何到龄期的试体应在试验（破型）前15min从水中取出。揩去试体表面沉积物，并用湿布覆盖至试验为止。

3）强度试验。

a.各龄期试件须在规定时间24h±15min，48h±30min，72h±45min,7d±2h,28d±8h内进行强度试验。

b.抗折强度测定。将试体一个侧面放在试验机支撑圆柱上，试体长轴垂直于支撑圆柱，通过加荷，圆柱以50N/s±10N/s的速度均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断，记录破坏荷载Ff或抗折强度Rf。

保持两个半截棱柱体处于潮湿状态直至抗压试验。

c.抗压强度测定。抗压强度试验通过标准规定的仪器，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差应在±0.5mm内，棱柱体露在压板外的部分约有10mm。

在整个加荷过程中以2400N/s±200N/s的速率均匀地加荷，直至破坏，记录破坏荷载Fc。

（4）试验结果

①抗折强度Rf以牛顿每平方毫米（MPa）为单位，按式（试1-1）进行计算：

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。

以1组3个棱柱体抗折强度的平均值作为试验结果。当3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。

②抗压强度Rc以牛顿每平方毫米（MPa）为单位，按式（试1-2）进行计算：

式中　Fc——破坏时的最大荷载，N;

A——受压部分面积，40×40＝1600（mm2）。

以1组3个棱柱体上得到的6个抗压强度测定值的算术平均值为试验结果。

如6个测定值中有一个超出6个平均值的±10%，就应剔除这个结果，而以剩下5个的平均数为结果。如果5个测定值中再有超过它们平均数±10%的值，则此组结果作废。