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张欢迎论文
安徽交通职业技术学院
毕业论文
题目：
不同品牌的普通硅酸盐水泥物理力学性能对比分析
系别：
土木工程系
专业：
工程造价班级：
12164
学生姓名：
张欢迎学号：
201210177
指导教师：
周涛完成日期：
2015-05-15
摘要
随着社会现代化进程的迅速发展公路工程建设刻不容缓，因此，一些与公路相关的产业必须与时俱进，所以对水泥的生产、性能的控制则需要更进一步的探讨与研究。
作为胶凝材料，水泥是公路建设当中不可或缺的，我们有必要弄清水泥的基本性能及各种品牌水泥之间性能的区别。
通过对不同品牌水泥性能的区别分析，在不同工程中选用不同品牌的水泥，更好的突出其性能降低工程造价。
不同硅酸盐水泥的物理性质不同，适用于工程中将会对工程质量有较大影响，因此对普通硅酸盐水泥的基本组成及基本性能做概要阐述。
选取四种不同品牌的普通硅酸盐水泥，对其成分组成进行对比分析，对四种不同品牌的普通硅酸盐水泥分别进行物理、力学性能（即标准稠度用水量、凝结时间、抗压强度、抗折强度）试验分析。
最后根据试验结果和成分分析结果综合对比，得出结论。
关键词：
普通硅酸盐水泥基本信息与性能成分分析试验对比
不同品牌的普通硅酸盐水泥物理力学性能对比分析
1水泥的基本信息与性能
1.1水泥的基本信息
1．1．1水泥的定义和分类
定义：
凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。
硅酸盐水泥定义：
以硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
按组成分类：
常用水泥／硅酸盐水泥（以硅酸盐水泥熟料为主要组分）。
如：
硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。
特种水泥（以非硅酸盐类水泥熟料为主要组分）。
如：
高铝水泥、硫铝酸盐水泥等。
1.2水泥的基本组成
1.1.1.2.1原材料：
（１）石灰石质原料（主要成份为碳酸钙，提供氧化钙），如石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。
（２）粘土质原料（提供氧化硅和氧化铝及部分氧化铁），如黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。
（３）少量校正原料（铁质校正原料和硅质校正原料，提供氧化铁和氧化硅），铁质校正原料如低品位铁矿石、炼铁厂尾矿以及硫酸厂工业废渣硫酸渣（硫铁矿渣）等；硅质校正原料如砂岩、河砂、粉砂岩等。
1.1.2.2水泥的基本组成
（1）硅酸盐水泥熟料
①氧化物组成
CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3~95%
MgO、SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O等~5%
②矿物组成
经高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成多种矿物集合体，结晶细小（30~60μm）。
四种主要矿物：
硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁相固溶体（C4AF）。
另外，还含有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。
（2）混合材
①活性混合材
混合材磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空气中硬化的称为活性混合材。
②火山灰质混合材：
凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。
天然：
火山灰、火山凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等。
人工：
烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰、烧页岩等。
③非活性混合材
与水泥成分不起化学作用或化学作用很小的称为非活性混合材。
磨细石英砂、石灰石、慢冷矿渣等。
作用：
提高水泥产量，减少水化热，降低水泥标号。
（3）石膏
天然石膏或工业副产石膏（CaSO4，CaSO4·2H2O）
作用：
调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等性能，对混合材起活性激发作用。
以水泥中SO3含量作为石膏掺量的控制指标，过少，不能合适地调节水泥正常凝结时间；过多，可能导致水泥体积安定性不良。
1.2水泥的品质要求
1.2.1凝结时间——工程施工
初凝：
水泥加水拌和开始至标准稠度净浆开始失去可塑性所经历的时间。
终凝：
浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间。
硅酸盐水泥<6.5h，其他品种水泥<10h（2008年实施GB175-2007）。
测定：
维卡仪。
影响因素：
水泥品种、水灰比、环境温度。
1.2.2强度——水泥质量
用于确定水泥强度等级，同时也是设计混凝土和砂浆配合比的强度依据。
胶砂（水泥1+中国ISO标准砂3+水0.5）
棱柱体试件（40mm×40mm×160mm）
20±1℃湿气24h
脱模
20±1℃水中预定龄期（3d、28d）
测定抗压强度和抗折强度
水泥强度等级按照28d抗压强度值划分（2008年实施GB175-2007）：
硅酸盐水泥：
42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级；
普通水泥：
42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级；
矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥：
32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。
1.2.3体积安定性
体积安定性不良是指已硬化水泥石产生不均匀的体积变化现象。
引起体积安定性不良的原因：
（1）f-CaO过量CaO+H2O=Ca（OH）2
（2）f-MgO过量MgO+H2O=Mg（OH）2
（3）石膏掺量过多石膏+C-A-HAFt
1.2.4细度
影响水泥安定性、需水量、凝结时间及强度。
国标：
硅酸盐水泥比表面积>300m2/kg，透气式比表面积仪。
其他水泥80μm标准筛上筛余量<10%，筛析法。
1.2.6水泥化学品质指标
（1）不溶物：
熟料中未参与矿物形成反应的粘土和结晶SiO2，是煅烧不均匀，化学反应不完全的标志。
。
（2）烧失量：
反映熟料的烧成质量，混合材掺量是否适当以及水泥风化的情况。
（3）氧化镁：
以方镁石晶体存在的MgO导致水泥长期安定性不良。
（4）SO3：
造成水泥体积安定性不良，通过控制石膏掺量控制。
（5）碱含量（Na2O+0.658K2O）：
与活性骨料发生碱骨料反应，导致混凝土不均匀膨胀破坏。
2四种不同品牌普通硅酸盐水泥成分分析
从试验室中经常遇到的普通硅酸盐水泥品牌中，选取如下四种品牌：
明港、海螺、南方和盘固。
随机选取了委托方送来的水泥样品与该批次的质量检验报告单进行成分分析，成分结果如下表：
化学成分
国标
明港
海螺
南方
盘固
烧失量（%）
≤5.0
3.19
3.36
2.86
3.25
氧化镁（%）
≤5.0
2.61
1.19
2.38
2.36
三氧化硫（%）
≤3.5
2.16
1.98
2.13
2.35
氯离子（%）
≤0.06
0.009
0.012
0.014
0.03
混合材料品种/掺量（%）
且≤20
18
石灰石+火山灰/12
水渣+煤矸石/12+8
转炉渣+石灰石/16
石膏掺量（%）
/
5.0
二水石膏/5.5
天然石膏/5.0
二水石膏/6.0
助磨剂掺量（%）
≤0.5
0.05
0
0.10
/
由1.2.6可知水泥烧失量反映熟料的烧成质量，混合材掺量是否适当以及水泥风化的情况。
从上表可得南方水泥烧失量为2.86%为最小值，说明其熟料的烧成质量及混合料掺量相较其他三种品牌为最佳。
此外，氧化镁与水反应会生产氢氧化镁体积膨胀导致水泥长期安定性不良，所以氧化镁含量不宜过高。
在四种品牌中南方和盘固的氧化镁含量属于中等含量，固对其安定性的影响不会大于其他品牌水泥。
三氧化硫的含量是由控制石膏的量来控制的。
四种品牌中三氧化硫含量最低的是海螺的1.19%。
三氧化硫含量越高，水泥的凝结速度越快，但过高则影响强度。
石膏是用作调节水泥凝结时间的组分，是缓凝剂。
适量石膏可以延缓水泥的凝结时间，也可以提高水泥的强度。
四种品牌中石膏含量最低的是南方和明港的5.0%。
3各品牌水泥试验对比
3.1试验目的
通过对四种品牌的普通硅酸盐水泥分别进行试验，得出结果再进行横向对比，从而直观的了解各种水泥的具体性能。
3.2试验过程
3.2.1标准稠度、凝结时间与安定性试验
主要试验仪器：
水泥净浆搅拌机、维卡仪、沸煮箱、雷氏夹膨胀仪
（1）标准稠度：
先将水泥试样充分拌匀，过0.9mm方孔筛。
用水泥净浆搅拌机搅拌，搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过，将拌和水倒入搅拌锅中，然后5~10s内小心将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出；拌合时，先将锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停15s，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间，接着高速搅拌120s停机。
拌合结束后，立即将拌制好的水泥净浆装入已放在玻璃板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆。
抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直到与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1s~2s后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中，在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆到底板的距离，升起试杆后立即擦净。
整个操作应在搅拌后1.5min内完成。
以试杆沉入净浆并距底板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度净浆。
（2）凝结时间：
制备试件，以标准稠度用水量安制成标准稠度净浆（记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间）一次装满试模，振动数次刮平，立即放入湿气养护箱中。
初凝时间：
试件在湿气养护箱中养护至加水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1s~2s后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。
观察试针停止沉入或释放试针30s时指针的读数。
临近初凝时，每隔5min测定一次。
当试针沉距底板4mm±1mm时，为水泥水泥达到初凝状态。
达到初凝状态时应立即重复测一次，当两次结论相同时才能定为达到初凝状态。
终凝时间：
为了准确观察试件沉入的状况，在终凝针上安装了一个环形附件。
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。
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下反转180°，直径大端向上、小端向下放在玻璃板上，再次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，当试针沉入试件0.5mm时，即环形附件开始不能在试件上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态。
达到终凝状态时应立即重复测定一次，当两次结论相同时才能定为达到终凝状态。
（3）安定性（标准法）：
将预先准备好的雷氏夹放在已擦油的玻璃上，并立刻将已制好的标准稠度净浆装满雷氏夹。
装浆时一只手轻轻扶持雷氏夹，另一只手用宽约10mm的小刀插捣数次然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立刻将雷氏夹移至湿气养护箱内养护24h±2h。
沸煮前，调整好沸煮箱内的水位，使之在整个沸煮过程中都能没过试件，不需中途添补试验用水，同时保证在30min±5min内水能沸腾。
脱去玻璃板取下试件，先测量雷氏夹指针尖端间的距离A，精确到0.5mm，接着将试件放入水中箅板上，试针朝上，试件之间互不交叉，然后在30min±5min内加热水至沸腾，并恒沸3h±5min。
沸煮结束后，即放掉箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别。
测量雷氏夹指针端间的距离C，精确至0.5mm，当两个试件主后增加距离（C-A）的平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安定性合格；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。
3.2.2水泥胶砂强度试验
主要试验仪器：
胶砂搅拌机、振实台、抗折试验机、抗压试验机。
（1）试件成型：
成型前将试模擦净，四周的模板与底座的接触面上应图黄油，紧密装配，放止漏浆，内壁均匀地刷一薄层机油。
水泥与ISO的质量比为1：
3，水灰比0.5。
每成型三条试件需称量的材料及用量为：
水泥450g±2g；ISO砂1350g±5g；水225ml±1ml。
降水加入锅中，再加入水泥，把锅放在固定架上并升至固定位置。
然后立即开动机器，低速搅拌30s后，子第二个30s开始的同时均匀将砂子加入。
当砂是分级装时，应从最粗粒级开始，依次加入，再高速搅拌30s。
停拌90s。
在停拌中的第一个15s内用胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中。
再高速下继续搅拌60s。
各个阶段时间误差应在±1s内。
用振实台成型时，将空试模和模套固定在振实台上，用适当的勺子直接从搅拌锅中将胶砂分两层装入试模。
装第一层时，每个槽里约放300g砂浆，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，并用刮尺以90°的角度架在试模顶的一端，沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超出试模的胶砂刮去。
并用同一直尺在近乎水平的情况下将试件表面抹平。
试模编号后，将其放入养护箱养护，养护箱内箅板必须水平。
水平放置时刮平面应朝上。
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20h~24h内脱模。
脱模时要非常小心，应防止试件损伤。
硬化较慢的水泥允许延期脱模，但必须记录脱模时间。
试件脱模后即放入水槽中养护，试件之间间隙和试件上表面的水深不得小于5mm。
每个养护池中只能养护同类水泥试件，并应随时加水，保持恒定水位，不允许养护期间全部换水。
除24h龄期或延迟48h脱模的试件外。
任何到龄期的试件应在试验（破型）前15min从水中取出。
抹去试件表面沉淀物，并用湿布覆盖。
（2）抗折强度试验：
以中心加荷法测定抗折强度。
采用杠杆式抗折试验机试验时，试件放入前，应使杠杆成水平状态，将试件成型侧面朝上放入抗折试验机内。
试件放入后调整夹具，使杠杆在试件折断时尽可能地接近水平位置。
抗折试验加荷速度为50N/s±10N/s，直至折断，并保持两个半截棱柱试件处于潮湿状态直至抗压试验。
抗折强度结果取三个试件平均值，精确至0.1MPa。
当三个强度值中有超过平均值±10%的，应剔除后再平均，以平均值作为抗折强度试验结果。
（3）抗压强度试验：
抗折试验后的断块应立即进行抗压试验。
抗压试验须用抗压夹具进行，试件受压面为试件成型时的两个侧面，面积为40mm×40mm。
试验前应清除试件受压面与加压板间的砂粒或杂物。
试件的底面靠紧夹具定位销，断块试件应对准抗压夹具中心，并使夹具对准压力机压板中心，半截棱柱体中心与压力机压板中心差应在±0.5mm内，棱柱体露在压板外的部分约为10mm。
压力机加荷速度应控制在2400N/s±200N/s速度范围内，在接近破坏时更应严格掌握。
抗压强度结果为一组6个断块试件抗压强度的算术平均值，精确至0.1MPa。
如果6个强度值中有一个值超过平均值±10%的，应剔除后以剩下的5个值的算术平均值作为左后结果。
如果5个值中再有超过平均值的±10%的，则此组试件无效。
3.3试验结果
该试验基于所在单位丙级试验室完成，故可进行试验只有标准稠度用水量、安定性、凝结时间及物理力学性能。
试验结果见附录试验报告。
3.4结果对比
根据试验四种品牌的普通硅酸盐水泥结果整理如下表：
检测项目
明港试验结果
南方试验结果
盘固试验结果
海螺试验结果
标准要求
标准稠度用水量（%）
26.8
26.8
26.4
27.6
/
凝结
时间
初凝（min）
155
173
180
200
≥45
终凝（min）
207
215
226
265
≤600
安定性（mm）
1.5
1.0
2.0
2.0
≤5.0
强度试验
抗折（MPa）
3天
5.2
5.7
5.7
5.6
≥3.5
28天
8.0
8.2
7.7
7.6
≥6.5
抗压（MPa）
3天
25.4
27.3
27.6
26.8
≥17.0
28天
47.7
48.2
47.3
46.5
≥42.5
标准稠度用水量，最小值为盘固的26.4%，其次为南方和明港的26.8%，最后为海螺的27.6%。
终凝时间最小值为明港的207min，其次分别为南方的215min，盘固的226min，海螺的265min。
故在四种品牌中南方水泥凝结时间最短，最高的是海螺。
安定性最小值为南方的1.0mm，其次分别为明港的1.5mm，海螺和盘固的2.0mm。
从而可知四种品牌中安定性最佳的为南方，最差的是海螺与盘固。
28天最终抗折强度最小值为海螺的7.6MPa，其次分别为盘固的7.7MPa,明港的8.0MPa和南方的8.2MPa；28天最终抗压强度最小值为海螺的46.5MPa，其次分别为盘固的47.3MPa，明港的47.7MPa和南方的48.2MPa。
由此可得，南方水泥的抗折与抗压强度在四种品牌中最大，最低的为盘固。
4综合对比分析
根据第二章各品牌的成分分析南方水泥的各项组均可以使其相对的性能发挥到最佳。
同时根据第三章的试验结果对比可以看出南方水泥的物理性能较为良好，而且其胶砂强度值也是四种品牌中最大的。
所以，在相同条件下，在这四种品牌中可以优先选用南方牌的普通硅酸盐水泥。
而在强度与安定性只需满足要求的且工地施工水资源有限的地方，可以选择像盘固那样标准稠度用水量较低的水泥。
在需要加紧工作时间，缩短工期的情况下，可以选用凝结时间较短的，如明港水泥。
结束语
作为胶凝材料的水泥，在现在的路桥建设中已经是必不可少的材料了。
而对于施工建设中水泥的选择是需要考虑多方面原因的，本文只是对这四种品牌的对比，相比较而言选出的较为良好的水泥品牌。
而现实中水泥品牌有很多种，我们只能在不断选择中慢慢探索，从而选择最佳、最适合的水泥，从而减少不必要的浪费，充分发挥所选取水泥的特性。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准，水泥与水泥混凝土试验规程，（JTGE30—2005），人民交通出版社，2005
[2]李坚利水泥工艺学，武汉理工大学出版社，1998
[3]肖争鸣、李坚利，水泥工艺技术，化学工业出版社，2006
致谢
首先,感谢导师周涛对我的培育和指导，在老师的帮助和严格要求下完成了这篇论文，让我在写作的过程中学到了很多东西。
感谢安徽交通职业技术学院领导、老师和同学们对我的帮助和支持，帮我答疑解惑。
最后，对所有关心和帮助过我的人表示最衷心的感谢﹗
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