CN101788455B - 通用硅酸盐水泥抗碳化性能和混合材掺量的测试方法 - Google Patents
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Abstract
通用硅酸盐水泥抗碳化性能和混合材掺量的测试方法是一种通过不同混合材掺量的水泥胶砂试件的碳化速率来判别水泥的抗碳化能力及其混合材掺量范围是一种新的试验方法，与化学分析方法相比，该方法原理简单，可操作性强，而且能综合反映混合材品种和掺量与抗碳化性能的关系。试验过程中使用标准砂，胶凝材料(熟料+混合材+石膏)和砂的比列为1∶3，测定胶砂流动度为185±5mm的需水量，成型胶砂试样，带模标准养护24h后拆模，沸煮箱沸煮3.5h，自然冷却后60℃烘干48h，封蜡进行一维碳化，按照GBJ 82-85《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》中有关混凝土碳化的试验方法进行。
Description
技术领域
本发明是一种新的试验方法，通过测定不同混合材掺量的水泥胶砂试件的碳化性能，利用碳化速率与混合材品种和掺量的相关性，来判定水泥中混合材掺量是否超标，属于水泥和混凝土技术领域。
背景技术
水泥生产企业为了节省成本，增大利润，在水泥中掺入超过标准规定的混合材掺量，虽然按现行标准方法检测，其性能符合相关标准要求，但是对于水泥混凝土耐久性可能存在不利影响，尤其是抗碳化性能有可能下降，因此控制水泥中混合材掺量具有重要意义。
目前用于判断水泥中混合材掺量范围的试验方法，主要是《水泥组分的定量测定方法》(GB/T12960)规定的化学分析方法，虽然GB175-2007标准规定了水泥厂可采用GB/T12960《水泥组分的定量测定方法》，但该标准方法仍然存在一定缺陷，除使用范围和准确性有限外，还不能直接反映混合材超标对混凝土性能的影响，只适合水泥厂内部控制。理论上还有密度差异法和保水率差异法、钙铁煤仪分析法。密度差异法是通过计算出来的，而且不同混合材掺量之间密度差异比较小，因试验误差而难以利用实验结果对混合材掺量作出判断；保水率法也因试验误差较大而难以实用；钙铁煤仪分析法是通过仪器测出水泥中混合材的掺量，但是它也存在对掺加石灰石、矿渣等含CaO较高的混合材的水泥不适用等的缺陷。此外，上述方法均无法表征水泥的抗碳化性能。
从抗碳化性能来看，现行标准中尚未对水泥抗碳化能力作出规定，也没有测试水泥抗碳化能力的试验方法。然而，为了控制水泥混凝土的耐久性，了解和掌握水泥的抗碳化性能是非常必要的。但是，影响水泥混凝土抗碳化性能的因素较多，主要有水泥中CaO含量、碱金属氧化物含量、混合材品种和掺量、水泥的活性(强度)、混凝土配合比(主要是水灰比)、成型密实程度、养护方法和养护龄期等等，因此，要找到一种可以比较各种水泥抗碳化能力的试验方法必须综合考虑上述因素影响。
对水泥抗碳化性能提出要求，具有重要的工程意义。首先，混凝土和钢筋混凝土的抗碳化耐久性与水泥的抗碳化性能有较大的相关性，水泥抗碳化性能高，则相同条件下混凝土的抗碳化性能高；其次，为了采用回弹法准确测试现场混凝土强度，常常需要测试现场混凝土的碳化深度，通过碳化深度对回弹值进行修正。但是，在混凝土配合比相同、施工条件基本相同、气候条件基本相同的情况下，常常出现各工地相同强度等级混凝土碳化深度差异较大、而导致回弹强度差异较大的情况。因此，有必要对水泥的抗碳化性能提出技术要求。为今后回弹法测强的碳化深度修正提供必要的依据。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种通用硅酸盐水泥抗碳化性能和混合材掺量的测试方法，不仅可以用于水泥厂内部控制，也可用于水泥用户对水泥抗碳化能力的控制，也可为回弹法测强利用碳化深度进行修正时参考。目前尚未见国内外相关的公开报道。
技术方案：本发明的通用硅酸盐水泥抗碳化性能和混合材掺量的测试方法包括：
1)确定胶砂碳化试件配合质量比为：胶凝材料∶标准砂＝1∶3±0.5，依据胶砂拌合物的流动度为185±5mm确定加水量；
2)需水量的测定：即测定不同混合材掺量的水泥胶砂在胶砂流动度为185±5mm时的需水量；
3)搅拌和成型：将符合步骤1)和2)要求的胶凝材料、标准砂和水按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T1 7671-1999)第6.3条和7.2条进行搅拌和成型，制成胶砂碳化试件；
4)试件的养护：将制成的胶砂碳化试件带模标准养护24小时后拆模，沸煮箱沸煮3.5小时或标养7-35天，自然冷却后60℃烘干48小时，封蜡进行一维碳化或者单面碳化；
5)胶砂碳化试件碳化深度的测试：在二氧化碳浓度为(20±3)％，温度为(20±5)℃，湿度为(70±5)％条件下进行碳化试验，碳化分别到了3天、7天、14天和28天碳化龄期时，取出各试件，破型；棱柱体试样在压力试验机上用劈裂法从一端开始破型，每次切下的厚度约为试样宽度的一半，将切下所得的试样部分刮去断面上残存的粉末，随即喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液；经30s后，按原先标划的每10mm一个测量点用钢板尺分别测出两侧面各点碳化深度，取平均值为该碳化龄期的碳化深度；如果测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，则取该颗粒两侧处碳化深度的平均值作为该点的深度值；碳化深度测量精确至1mm，同时用石蜡将破型后试件的切断面封好，再放入箱内继续碳化，直到下一个碳化龄期再重复上述步骤测试该龄期碳化深度；
6)根据所测试的碳化深度，即可判断所测试的通用硅酸盐水泥的抗碳化能力，碳化深度越小，表明该硅酸盐水泥抗碳化性能越高；
7)以水泥中混合材掺量为横坐标，以碳化深度为纵坐标，作出两者的函数曲线，得到各种通用硅酸盐水泥的混合材掺量与其碳化深度的函数关系，利用这个函数关系，就可以根据碳化深度找到该种水泥相应的混合材掺量。
所述的胶凝材料是指原状通用硅酸盐水泥熟料+混合材+石膏，其中通用硅酸盐水泥熟料占胶凝材料质量的66.5％～81.5％，原状通用硅酸盐水泥中的混合材与后加混合材总量占胶凝材料质量的30％-15％，石膏占胶凝材料质量折合SO3质量百分比为小于等于4.0％；而胶砂试件中胶凝材料与标准砂之比为450±2∶1350±5。
所述的混合材为粉煤灰，其在胶凝材料中所占比例为1％～30％。
所述的混合材为粒化高炉矿渣粉，其在胶凝材料中所占比例为1％～30％。
所述的混合材为粉煤灰和粒化高炉矿渣粉，两者的比例为粉煤灰∶粒化高炉矿渣粉＝1∶29，或者粉煤灰∶粒化高炉矿渣粉＝29∶1。
试样的养护，优先采用沸煮法，其次采用标养7-35天(最好28天)的方法。
新实施的GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中混合材许可掺量提高，这为水泥用户控制水泥质量及其混凝土与水泥制品耐久性增加了一定的难度和风险。本发明的目的是通过测试不同混合材掺量的水泥胶砂试件的碳化性能，来判别水泥中混合材掺量范围，从而为规范水泥中混合材掺量提供有效测试方法。
同强度等级同品种的通用硅酸盐水泥的抗碳化能力往往不同，通过对同等级同品种的通用硅酸盐水泥掺入活性混合材(粉煤灰和矿渣微粉)，使其掺量增加到20％，25％，30％，测定原状水泥以及以上混合材掺量的水泥胶砂试件的抗碳化性能，从P II 52.5以及不同混合材掺量的28d碳化深度数据来看，相差5％混合材掺量的碳化深度相差不大，精度比较差，如25％的混合材掺量的水泥胶砂碳化深度比20％的混合材掺量的碳化深度大1.2mm左右，30％的混合材掺量的水泥胶砂碳化深度比25％的混合材掺量的碳化深度大2.4mm左右。
此方法虽然误差较大，但是它可以通过水泥胶砂的碳化深度来比较同等级同品种通用硅酸盐水泥的抗碳化能力，也可通过碳化深度与混合材掺量的关系曲线，来判别水泥中混合材掺量范围，从而为规范水泥企业对水泥中混合材掺量的控制、保证水泥抗碳化性能的质量提供依据。
①水泥中混合材的掺量：原状水泥中的混合材掺量，20％，25％，30％(其中20％是指水泥中总的混合材掺量，以下同样)；②按照《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T 17671-1999)标准规定的水泥与标准砂配合比，并测定达到一定流动度(实际控制流动度185±5mm)的水泥胶砂的需水量；③试件尺寸：40mm×40mm×160mm；④成型方法：按照《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T17671-1999)中胶砂强度试件制备的方法；⑤养护方式(优先采用沸煮法，也可采用标养28d)：按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346-2001)关于安定性试件的沸煮方式；⑥碳化深度的测定：按照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》(GBJ 82-85)测试3d、7d、14d、28d碳化深度。
有益效果：采用本发明的方法，一方面可以测试各种通用硅酸盐水泥的抗碳化能力，另一方面还可初步判断水泥中混合材掺量范围，可为水泥企业内部控制混合材掺量和水泥用户控制水泥混合材掺量和抗碳化性能提供有效测试方法，对提高预拌混凝土质量、提高混凝土结构的使用寿命具有积极意义，也有利于促进节能减排，促进水泥业和预拌混凝土业的协调发展。
具体实施方式
1)本方法使用的胶凝材料是指原状通用硅酸盐水泥熟料+混合材+石膏，为测试某种通用硅酸盐水泥抗碳化性能，可在该水泥中掺入活性混合材(粉煤灰或矿渣微粉，或两者混合物)，使其掺量总和(即原水泥中已经掺入的混合材与后来试验中掺入的混合材之和)达到15％，20％，25％，30％；
2)确定胶砂碳化试件配合质量比为：胶凝材料∶标准砂＝1∶3±0.5，依据胶砂拌合物的流动度为185±5mm确定加水量；
3)需水量的测定：即测定不同混合材掺量的水泥胶砂在胶砂流动度为185±5mm时的需水量；
4)搅拌和成型：将符合2)和3)比例要求的胶凝材料、标准砂和水按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671-1999)第6.3条和7.2条进行搅拌和成型，制成胶砂碳化试件；
5)试件的养护：将制成的胶砂碳化试件带模标准养护24小时后拆模，沸煮箱沸煮3.5小时或标养7-35天，自然冷却后60℃烘干48小时，封蜡进行一维碳化或者单面碳化；
5)胶砂碳化试件碳化深度的测试：按照GBJ 82-85《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》中有关混凝土碳化的试验方法进行。在二氧化碳浓度为(20±3)％，温度为(20±5)℃，湿度为(70±5)％条件下进行碳化试验，碳化到了3天、7天、14天和28天碳化龄期时，取出各试件，破型；棱柱体试样在压力试验机上用劈裂法从一端开始破型，每次切下的厚度约为试样宽度的一半，将切下所得的试样部分刮去断面上残存的粉末，随即喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液；经30s后，按原先标划的每10mm一个测量点用钢板尺分别测出两侧面各点碳化深度，取平均值为该碳化龄期的碳化深度；如果测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，则取该颗粒两侧处碳化深度的平均值作为该点的深度值；碳化深度测量精确至1mm，同时用石蜡将破型后试件的切断面封好，再放入箱内继续碳化，直到下一个碳化龄期再重复上述步骤测试该龄期碳化深度；
6)根据所测试的碳化深度，即可判断所测试的通用硅酸盐水泥的抗碳化能力，碳化深度越小，表明该硅酸盐水泥抗碳化性能越高；当判定水泥抗碳化性能高低时，以28天龄期的碳化深度数据为表征水泥抗碳化性能的依据，而3天、7天、14天龄期的碳化深度数据作为参考值；
7)以水泥中混合材掺量为横坐标，以碳化深度为纵坐标，作出两者的函数曲线，得到各种通用硅酸盐水泥的混合材掺量与其碳化深度的函数关系，利用这个函数关系，就可以根据碳化深度找到该种水泥相应的混合材掺量；当判定水泥混合材掺量范围时，建议以28天龄期的碳化深度数据为表征水泥中混合材掺量的依据，而3天、7天、14天龄期的碳化深度数据作为参考值。
Claims (1)
1.一种通用硅酸盐水泥抗碳化性能和混合材掺量的测试方法，其特征在于该方法包括：
1)确定胶砂碳化试件配合质量比为：胶凝材料∶标准砂＝1∶(3±0.5)，依据胶砂拌合物的流动度为185±5mm确定加水量；
2)需水量的测定：即测定不同混合材掺量的水泥胶砂在胶砂流动度为185±5mm时的需水量；
3)搅拌和成型：将符合步骤1)和2)要求的胶凝材料、标准砂和水按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T1 7671-1999)第6.3条和7.2条进行搅拌和成型，制成胶砂碳化试件；
4)试件的养护：将制成的胶砂碳化试件带模标准养护24小时后拆模，沸煮箱沸煮3.5小时或标准养护7-35天，自然冷却后60℃烘干48小时，封蜡进行一维碳化或者单面碳化；
5)胶砂碳化试件碳化深度的测试：按照GBJ 82-85《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》中有关混凝土碳化的试验方法进行；在二氧化碳浓度为(20±3)％，温度为(20±5)℃，湿度为(70±5)％条件下进行碳化试验，碳化到了3天、7天、14天和28天碳化龄期时，取出各试件，破型；棱柱体试样在压力试验机上用劈裂法从一端开始破型，每次切下的厚度约为试样宽度的一半，将切下所得的试样部分刮去断面上残存的粉末，随即喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液；经30s后，按原先标划的每10mm一个测量点用钢板尺分别测出两侧面各点碳化深度，取平均值为该碳化龄期的碳化深度；如果测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，则取该颗粒两侧处碳化深度的平均值作为该点的深度值；碳化深度测量精确至1mm，同时用石蜡将破型后试件的切断面封好，再放入箱内继续碳化，直到下一个碳化龄期再重复上述步骤测试该龄期碳化深度；
6)根据所测试的碳化深度，即可判断所测试的通用硅酸盐水泥的抗碳化能力，碳化深度越小，表明该硅酸盐水泥抗碳化性能越高；
7)以水泥中混合材掺量为横坐标，以碳化深度为纵坐标，作出两者的函数曲线，得到各种通用硅酸盐水泥的混合材掺量与其碳化深度的函数关系，利用这个函数关系，就可以根据碳化深度找到该种水泥相应的混合材掺量；
所述的胶凝材料是指原状通用硅酸盐水泥熟料、混合材和石膏，其中原状通用硅酸盐水泥熟料占胶凝材料质量的66.5％～81.5％，原状通用硅酸盐水泥熟料中的混合材与后加混合材总量占胶凝材料质量的30％～15％，石膏占胶凝材料质量折合SO3质量百分比为小于等于4.0％；
所述的混合材为粉煤灰或粒化高炉矿渣粉，或为粉煤灰和粒化高炉矿渣粉的混合物；当所述的混合材为粉煤灰或粒化高炉矿渣粉时，粉煤灰在胶凝材料中所占比例为1％～30％；粒化高炉矿渣粉在胶凝材料中所占比例为1％～30％；
当所述的混合材为粉煤灰和粒化高炉矿渣粉的混合物时，两者的比例为粉煤灰∶粒化高炉矿渣粉＝1∶29，或者粉煤灰∶粒化高炉矿渣粉＝29∶1。
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