CN107621537B - 一种测定水泥及其制品凝结时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量水泥及其制品凝结时间的方法，包括以下步骤，第一步，将水泥与水混合并搅拌均匀，得到浆料；第二步，将浆料填充在至少一对电极的容器中，形成测量样品；第三步，对测量样品施加正弦交流信号，测得样品的交流阻抗电学参数；第四步，记录并形成交流阻抗电学参数—水化时间曲线；第五步，根据交流阻抗电学参数—水化时间曲线来判断测试样品所处的水化阶段；第六步，根据电学参数‑水化时间曲线确定测试样品的凝结时间点。采用本技术方案能解决目前测定水泥及其制品不能客观确定初凝时间点以及终凝时间点的技术问题。

Description

一种测定水泥及其制品凝结时间的方法

技术领域

本发明涉及一种测量水泥及其制品凝结时间的方法，特别涉及一种利用水泥水化过程中的交流阻抗电学参数的变化来测定凝结时间的方法。

背景技术

水泥及其制品的凝结时间是影响乃至决定水泥及其制品的施工性能的关键参数。凝结时间包括初凝时间和终凝时间两个指标。在国家标准中，所有水泥都限定了凝结时间的范围，也规定了其检测的方法及标准。水泥的初凝时间是指：标准稠度的水泥净浆从加水拌合起，至开始失去可塑性所需的时间。终凝时间是指：标准稠度的水泥净浆从加水拌合起，至完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。在实际的工程应用中，水泥及其制品所处的环境是千差万别的，而这些不同必将导致水泥及其制品的水化过程有所差异，甚至突变。作为一种评价产品是否合格的方法，在一个相对固定实验条件（环境温度、环境湿度、配合比、样品尺寸、拌合用水、搅拌工艺、成型工艺、测试设备等）下测得的凝结时间才具有可比性。采用这种评价方法及其评价体系也就注定了水泥产品的凝结时间与实际工程中的混凝土制品的凝结时间具有巨大的差异，缺乏真正的工程应用指导能力；也无法利用这种方法开展凝结时间及其各种影响因素的相关研究。

随着科学技术的发展，以水泥为核心功能组分的混凝土材料科学得到了显著的进步，特别是各种外加剂和掺合料的使用，为改善混凝土的性能、降低混凝土的成本、提升混凝土与环境的友好性，提供多样的方法、产品和技术手段。外加剂主要通过调控水泥的水化过程、改变水化产物的种类、比例和微观结构-形貌等实现的。而掺合料则主要是通过将水化产物中的氢氧化钙作为二次水化的原料，从而形成具有更好性能的水化产物、优化水化产物的微观形貌来实现的。但是，这些外加剂和掺合料的使用也为混凝土的匀质性带来了很多的消极后果，特别是掺合料。常用的掺合料，比如粒化高炉矿渣、粉煤灰等都是工业副产物。作为副产物，是在满足主产品的质量的条件下产生的，也必将随着原材料、工艺、具体条件的变化而发生变化，无论是化学成分还是矿物成分。因此，原料的不稳定性决定了产品质量的不稳定性，水泥及其制品的性能波动都很大。所以，在实际的混凝土工程中，实验室数据与实际的工程数据有很多出入。而因为入模混凝土的不同或具体环境的差异造成同一批混凝土在不同工程部位的凝结时间有显著差异，混凝土的不一致凝结是导致工程质量乃至工程事故的重要原因。

如何准确地测定水泥及其制品的凝结时间，是一个科学和工程界都关心的问题。根据目前的国家标准或国际标准，水泥的凝结时间采用针入度法测定，砂浆和混凝土的凝结时间采用贯入阻力法测定；这些测定方法称为标准法。标准法的本质是一种经验性实验方法。水泥的水化是一个漫长的过程，是一个水化产物不断形成、填充、致密的过程。水泥的凝结仅仅是刚开始水化、初步形成水化产物的一个特殊阶段，其表现是塑性的逐渐丧失和强度的逐步形成。标准法利用凝结过程中形成的对外力引起的变形的抵抗能力的变化来观察、测定凝结时间，直观且具有实际的工程意义。但是，这种测定不能揭示水泥水化过程中的塑性降低过程及本质，不能准确反映样品的水化状态和内部结构的变化。因此，在实际的工程中，标准法不能用于判断整个构件的水化状态或硬化程度。

根据水泥水化过程中的变化，科技工作者先后开发出了一些新的方法，主要有温度法、电阻法和介电谱法。

温度法主要利用水泥水化过程中的水化热释放原理。由于水泥的凝结是一个水化产物形成最快、水化热释放速率最快的一个阶段，也是一个温度升高的阶段。由于温度的滞后性，当达到最高温时，混凝土已硬化。

电阻法主要利用水泥水化阶段的电阻增大原理监测混凝土的水化过程。魏小胜等采用非接触法测量水泥的电阻率，然后根据电阻率的变化来确定水泥的凝结时间。目前电阻法，通过测量电流与电压的值，然后再根据欧姆定律计算出电阻值。随着水泥的水化，由于浆料中的水不断减少，新形成的水化产物延长了离子移动的路径，所以电阻逐渐增大。因此，水泥的水化过程是一个电阻不断增大的过程。水泥水化过程的电阻-水化时间曲线如图1所示，电阻-水化时间曲线有一个明显的拐点，拐点对应的就是凝结时间。但是，这条电阻-时间曲线无法同时判断初凝或终凝。

电阻法反映的只是浆料中的水溶液的数量变化和离子路径的远近的变化，对于矿物组成的变化则没有任何体现。而水泥浆料的塑性降低正是由于水化产物的数量和形貌变化所决定的。

介电谱法主要用于研究电介质材料在不同频率下的介电特性。水泥浆料凝结前后的介电谱明显不同，但是介电谱法不能提供判断凝结时间的依据。

如何从浆料的凝结过程中的结构本质变化来描述、判断凝结时间，为准确判断混凝土构件的水化状态和硬化程度提供客观的依据，保证混凝土工程的科学决策与合理进度安排，已经成为现今混凝土工程的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种表征水泥及其制品的早期水化过程的一种方法；具体体现为提供一种测定水泥及其制品凝结时间的一种方法，解决目前测定定水泥及其制品不能准确确定初凝时间点以及终凝时间点，即解决目前测定定水泥及其制品不能客观确定凝结时间的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的一种测量水泥及其制品凝结时间的方法，包括以下步骤：

第一步，将水泥与水混合并搅拌均匀，得到浆料。加水拌合时间就是水化的初始时间点。本发明所说的浆料是指水泥与水拌合后形成的具有流动性的水泥净浆，也可以是水泥净浆与外加剂、掺合料以及骨料等其它材料混合均匀后形成的具有流动性的拌合物。

第二步，将浆料填充在至少一对电极的容器中，形成测量样品。本发明所说的电极是指能够导电且能通过导线与测试仪器相连的导电材料；电极可以是板状、条状、棒状或小块状；电极的数量为两个或两个以上，任何两个电极间可组成一对电极。电极间除测试的浆料外无其它导电材料相连接。本发明所说的测试样品是指在测试过程中不会发生材料组成、形状、尺寸和相对位置变化的特定测试对象。

第三步，对测量样品施加正弦交流信号，测得样品的交流阻抗电学参数。

本发明说所的正弦交流信号：其频率在1Hz～1MHz范围内，最佳频率范围在20Hz～20kHz范围内；正弦交流信号的电压在电极间形成的电场强度在1mV/m～100V/m范围内，最佳电场强度在100mV/m～10V/m范围内。

本发明说所的交流阻抗电学参数至少包括电感L，电容C，相位差、损耗系数D中的一个或多个。

第四步，记录并形成电学参数-水化时间曲线。本发明所说的记录可以是人工记录，也可以是由记录设备完成的自动记录；本发明所说的记录至少包括所选定的电学参数的类型、单位、数值以及时间等关键参数。本发明所说的时间应精确到秒。

水泥与拌合水相混合就开始了化学反应，这个化学反应需要经历很长的一个过程才能完成。我们把这个化学反应的过程称为水化。水泥与水拌合后形成浆料，也就开始了水化。水泥水化逐渐形成新的水化产物。因此，浆料中的水溶液是一个含有离子、具有一定导电性能的导体。对浆料或混凝土拌合物施加外加电场，水溶液中的离子发生相对移动并形成电流。

在水泥的水化过程中，浆料的微观结构和矿物组成在发生变化，造成影响浆料的电学性能的因素在发生变化。在正弦交流电场的作用下，水泥浆料中的离子发生有规律的相对移动，部分离子在固体颗粒的表面发生富集，形成具有电容的基本特征和特性的结构。因此，从电学的角度来讲，水泥浆料具有容性负载特性。在正弦交流电场的作用下，这些电容反复充放电，也具有明显的漏电特性。电容值与固体颗粒的种类、固体颗粒的表面积、溶液的离子数量与浓度、温度等相关。另外，离子在浆料中的移动受固体颗粒的限制而表现出电感的基本特征和特性。总的说来，早期的水泥浆料主要表现为电容特性。

由记录数据形成的交流阻抗电学参数—水化时间曲线明显分成三段，第一段是水化初期的电学参数-水化时间曲线，第二段是水化加速期的电学参数-水化时间曲线，第三段是水化后期的电学参数-水化时间曲线，整个交流阻抗电学参数—水化时间曲线由上述三段曲线连接而成，其中，水化初期的电学参数-水化时间曲线和水化后期的电学参数-水化时间曲线斜率小，水化加速期的电学参数-水化时间曲线斜率大。

本发明所说的水化初期是指浆料初凝以前的水化阶段。

本发明所说的水化后期是指浆料终凝以后的水化阶段。

第五步，根据电学参数-水化时间曲线来判断测试样品所处的水化阶段。

在水泥的水化初期，水化产物尚未大量形成，水泥浆的结构、固体颗粒的组成变化缓慢，各种电学参数的变化亦缓慢。初凝前的电学参数-水化时间曲线图形近似一条水平的线段。当进入水化加速期后，开始大量生成水化产物且这些水化产物形成相互搭接的结构；水泥浆的塑性降低，表现为初凝。在凝结过程中，浆料中水化产物的数量和尺寸都并快速增长，并最终形成具有抵抗外力作用的水泥石结构，表现为终凝。水化产物的大量形成改变了浆料的结构和固体材料的组成。新形成的结构限制了浆料中的离子的移动，而水化产物对离子的富集能力也快速下降。因此，在凝结期间，各种电学参数根据材料组成和微观结构的改变而快速变化，凝结期间的图形近似一条斜率很大的线段。当水泥石的结构基本形成并趋于稳定时，体系内的结构和浆料中的溶液的变化趋于缓慢，电学参数的变化趋于平稳。终凝后的图形又是近似一条水平的线段。

在水泥浆料的水化过程中，浆料的电容特性呈降低趋势。那么，随着电容的降低，因电容而引起的相位差也随之降低。由于浆料的电容特性是由临时的富集电荷层形成的，而这些富集电荷层并不具有保持电荷的特性和能力；相反，在没有外电场约束的条件下，这些电荷发生漏电，自然损耗。因此，随着电容的降低，损耗亦随之降低。在水泥浆料的水化过程中，电容、损耗系数、相位差几乎具有完全相同的变化曲线。同时，随着浆料的电容特性的降低，其电感特性走强。电感参数具有一个几乎和电容参数相对称的形状。

因此，可以从水泥水化过程中，根据电学参数-水化时间曲线的形状来判断水化程度和所处的状态。

第六步，根据电学参数-水化时间曲线确定测试样品的凝结时间。当浆料终凝后，已经形成了完整的电学参数-水化时间曲线。

根据电学参数-水化时间曲线的三段分界点对应的时间界点就能确定初凝时间点和终凝时间点，其中，曲线上的第一个拐点也就是初凝开始，所对应的时间点就是初凝时间点；曲线上的第二个拐点就是终凝结束，对应的时间点是终凝时间点。初凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是初凝时间；终凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是终凝时间。

本发明通过测量水泥浆料的电容、电感等电学参数变化来表征水泥浆料的结构、组成变化过程及其所处的状态，并可进一步判定水泥及其制品的凝结时间。电学参数的变化曲线与测量对象样品所处的具体环境无关，与试样的大小、尺寸无关，也与测量的频率无关，仅仅与其浆料内在的结构变化相关。本发明可广泛用于实验室和工程现场。

本发明所提供的测定水泥及其制品凝结时间的方法优于国家标准法测定水泥及其制品凝结时间的方法。国家标准法测量的水泥或混凝土的凝结时间是一个主观的、标准条件下的数据，且该方法在实际工程中不能用于混凝土构件的凝结时间测定。本发明所用的电学参数法反映了浆料的内部结构和矿物组分的变化，所获得的凝结时间是一个客观的数据；本发明所提供的测定水泥及其制品凝结时间的方法既可以用于实验室测定，也可以用于各种实际工程中的混凝土构件的凝结时间测定。

本发明所提供的测定水泥及其制品凝结时间的方法优于温度法测定水泥及其制品凝结时间的方法。温度法测量水泥或混凝土的凝结时间受试样尺寸、环境温度等多因素的影响，是一种典型的点式测量；不同测温点的温度数据及其变化可能不一致。温度法仅能用于判断测量点是否已经终凝而不能用于凝结时间的测定。本发明所采用的电学参数法，监测的是电极间的浆料的整体水化状况和所处的硬化状态，是一种整体测量及整体评价方法；也可用于局部的测量及评价。

本发明所提供的测定水泥及其制品凝结时间的方法优于电阻法测定水泥及其制品凝结时间的方法。电阻法可以客观判断水泥浆料的凝结时间；但是在凝结的过程中，浆料的电阻变化不明显，且难以区分初凝和终凝。另外，测试电极的形状、表面状态等外在因素对电阻的测量结果影响大。本发明所采用的电学参数法，在浆料的凝结过程中，变化明显且规律，易于分辨且可以准确判断初凝和终凝。电极的表面状态对电学参数法-水化时间曲线的形状没影响。

附图说明：

图1是目前常采用的电阻法测定水泥水化过程的电阻/阻抗-水化时间曲线；

图2是采用本发明技术方案测量电容、损耗系数以及相位角来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图；

图3：是采用本发明技术方案测量电感来测定水泥及其制品凝结时间的曲线图；

图4：是采用不同频率的正弦交流信号来测量电容来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图；

图5：是采用不同频率的正弦交流信号来测量电感来测定水泥及其制品凝结时间的曲线图；

图6：是采用不同频率的正弦交流信号来测量相位角来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图；

图7：是采用不同频率的正弦交流信号来测量损耗系数来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图；

图8：是普通硅酸盐水泥凝结硬化过程中的电阻与电容变化对比曲线图；

图9：是普通硅酸盐水泥凝结硬化过程中的电容/损耗系数变化对比曲线图；

图10：是普通硅酸盐水泥凝结硬化过程中的电容/相位角变化对比曲线图。

具体实施方式：

下面通过实施例的方式，对本发明方案进行说明。但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

一种测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，将PO 42.5水泥按0.5水灰比拌合形成浆料；所述浆料是指水泥与水拌合后形成的具有流动性的水泥净浆。

第二步，将浆料放入塑料容器中，形成测量样品，塑料容器中有一对电极，电极的间距100mm。

第三步，采用LCR测量仪，100Hz频率，1.000V电压，测量并记录电容C值，设备完成的自动记录，所述记录包括电容值单位、数值以及时间参数。

第四步，将所测得的数据记录并形成电容—水化时间曲线；如图2、图4、图8、图9、图10中所示，电容—水化时间曲线由水化初期的电容—水化时间曲线、水化加速期的电容—水化时间曲线、水化后期的电容—水化时间曲线连接而成，其中，水化初期的电容—水化时间曲线和水化后期的电容—水化时间曲线斜率小，水化加速期的电容—水化时间曲线斜率大。

第五步，根据形成电容—水化时间曲线来判断测试样品所处的水化阶段；在水泥的水化初期，水化产物尚未大量形成，水泥浆的结构、固体颗粒的组成变化缓慢，各种电容参数的变化亦缓慢。初凝前的电容参数-水化时间曲线图形近似一条水平的线段。当进入水化加速期后，开始大量生成水化产物且这些水化产物形成相互搭接的结构；水泥浆的塑性降低，表现为初凝。在凝结过程中，浆料中水化产物的数量和尺寸都并快速增长，并最终形成具有抵抗外力作用的水泥石结构，表现为终凝。水化产物的大量形成改变了浆料的结构和固体材料的组成。新形成的结构限制了浆料中的离子的移动，而水化产物对离子的富集能力也快速下降。因此，在凝结期间，各种电容参数根据材料组成和微观结构的改变而快速变化。凝结期间的图形近似一条斜率很大的线段。当水泥石的结构基本形成并趋于稳定时，体系内的结构和浆料中的溶液的变化趋于缓慢，电容参数的变化趋于平稳。终凝后的图形又是近似一条水平的线段。

第六步，根据电容—水化时间曲线确定测试样品的凝结时间。根据电容—水化时间曲线的三段分界点对应的时间界点就能确定初凝时间点和终凝时间点，其中，曲线上的第一个拐点也就是初凝，所对应的时间点就是初凝时间点；曲线上的第二个拐点就是终凝，对应的时间点是终凝时间点。初凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是初凝时间；终凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是终凝时间。

实施例2

一种测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，将PO 42.5水泥按0.5水灰比拌合形成浆料；所述浆料是水泥净浆与外加剂、掺合料以及骨料混合均匀后形成的具有流动性的拌合物。

第二步，将浆料放入塑料容器中，形成测量样品，塑料容器中有三对电极，电极的间距50mm；

第三步，采用LCR测量仪，20Hz频率，100mV电压，测量并记录电感L值，设备完成的自动记录，所述记录包括电感值单位、数值以及时间参数。

第四步，将所测得的数据记录并形成电感—水化时间曲线；如图3、图5中所示，电感—水化时间曲线由水化初期的电感—水化时间曲线、水化加速期的电感—水化时间曲线、水化后期的电感—水化时间曲线连接而成，其中，水化初期的电感—水化时间曲线和水化后期的电感—水化时间曲线斜率小，水化加速期的电感—水化时间曲线斜率大。

第五步，根据形成电感—水化时间曲线来判断测试样品所处的水化阶段；在水泥的水化初期，水化产物尚未大量形成，水泥浆的结构、固体颗粒的组成变化缓慢，各种电感参数的变化亦缓慢。初凝前的电感参数-水化时间曲线图形近似一条水平的线段。当进入水化加速期后，开始大量生成水化产物且这些水化产物形成相互搭接的结构；水泥浆的塑性降低，表现为初凝。在凝结过程中，浆料中水化产物的数量和尺寸都并快速增长，并最终形成具有抵抗外力作用的水泥石结构，表现为终凝。水化产物的大量形成改变了浆料的结构和固体材料的组成。新形成的结构限制了浆料中的离子的移动，而水化产物对离子的富集能力也快速下降。因此，在凝结期间，各种电感参数根据材料组成和微观结构的改变而快速变化。凝结期间的图形近似一条斜率很大的线段。当水泥石的结构基本形成并趋于稳定时，体系内的结构和浆料中的溶液的变化趋于缓慢，电感参数的变化趋于平稳。终凝后的图形又是近似一条水平的线段。

第六步，根据电感—水化时间曲线确定测试样品的凝结时间。根据电感—水化时间曲线的三段分界点对应的时间界点就能确定初凝时间点和终凝时间点，其中，曲线上的第一个拐点也就是初凝，所对应的时间点就是初凝时间点；曲线上的第二个拐点就是终凝，对应的时间点是终凝时间点。初凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是初凝时间；终凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是终凝时间。

实施例3

一种测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，将PO 42.5水泥按0.5水灰比拌合形成浆料；所述浆料是指水泥与水拌合后形成的具有流动性的水泥净浆。

第二步，将浆料放入塑料容器中，形成测量样品，塑料容器中有二对电极，电极的间距100mm；

第三步，采用LCR测量仪，20kHz频率，5V电压，测量并记录相位角值，设备完成的自动记录，所述记录包括相位角值单位、数值以及时间参数。

第四步，将所测得的数据记录并形成相位角—水化时间曲线；如图2、图6、图10中所示，相位角—水化时间曲线由水化初期的相位角—水化时间曲线、水化加速期的相位角—水化时间曲线、水化后期的相位角—水化时间曲线连接而成，其中，水化初期的相位角—水化时间曲线和水化后期的相位角—水化时间曲线斜率小，水化加速期的相位角—水化时间曲线斜率大。

第五步，根据形成相位角—水化时间曲线来判断测试样品所处的水化阶段；在水泥的水化初期，水化产物尚未大量形成，水泥浆的结构、固体颗粒的组成变化缓慢，各种相位角参数的变化亦缓慢。初凝前的相位角参数-水化时间曲线图形近似一条水平的线段。当进入水化加速期后，开始大量生成水化产物且这些水化产物形成相互搭接的结构；水泥浆的塑性降低，表现为初凝。在凝结过程中，浆料中水化产物的数量和尺寸都并快速增长，并最终形成具有抵抗外力作用的水泥石结构，表现为终凝。水化产物的大量形成改变了浆料的结构和固体材料的组成。新形成的结构限制了浆料中的离子的移动，而水化产物对离子的富集能力也快速下降。因此，在凝结期间，各种相位角参数根据材料组成和微观结构的改变而快速变化。凝结期间的图形近似一条斜率很大的线段。当水泥石的结构基本形成并趋于稳定时，体系内的结构和浆料中的溶液的变化趋于缓慢，相位角参数的变化趋于平稳。终凝后的图形又是近似一条水平的线段。

第六步，根据相位角—水化时间曲线确定测试样品的凝结时间。根据相位角—水化时间曲线的三段分界点对应的时间界点就能确定初凝时间点和终凝时间点，其中，曲线上的第一个拐点也就是初凝，所对应的时间点就是初凝时间点；曲线上的第二个拐点就是终凝，对应的时间点是终凝时间点。初凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是初凝时间；终凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是终凝时间。

实施例4

一种测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，将PO 42.5水泥按0.5水灰比拌合形成浆料；所述浆料是水泥净浆与外加剂、掺合料以及骨料混合均匀后形成的具有流动性的拌合物。

第二步，将浆料放入塑料容器中，形成测量样品，塑料容器中有五对电极，电极的间距50mm。

第三步，采用LCR测量仪，20kHz频率，2.5V电压，测量并记录损耗系数值，设备完成的自动记录，所述记录包括损耗系数值单位、数值以及时间参数。

第四步，将所测得的数据记录并形成损耗系数—水化时间曲线；如图2、图7、图9中所示，损耗系数—水化时间曲线由水化初期的损耗系数—水化时间曲线、水化加速期的损耗系数—水化时间曲线、水化后期的损耗系数—水化时间曲线连接而成，其中，水化初期的损耗系数—水化时间曲线和水化后期的损耗系数—水化时间曲线斜率小，水化加速期的损耗系数—水化时间曲线斜率大。

第五步，根据形成损耗系数—水化时间曲线来判断测试样品所处的水化阶段；在水泥的水化初期，水化产物尚未大量形成，水泥浆的结构、固体颗粒的组成变化缓慢，各种损耗系数参数的变化亦缓慢。初凝前的损耗系数参数-水化时间曲线图形近似一条水平的线段。当进入水化加速期后，开始大量生成水化产物且这些水化产物形成相互搭接的结构；水泥浆的塑性降低，表现为初凝。在凝结过程中，浆料中水化产物的数量和尺寸都并快速增长，并最终形成具有抵抗外力作用的水泥石结构，表现为终凝。水化产物的大量形成改变了浆料的结构和固体材料的组成。新形成的结构限制了浆料中的离子的移动，而水化产物对离子的富集能力也快速下降。因此，在凝结期间，各种损耗系数参数根据材料组成和微观结构的改变而快速变化。凝结期间的图形近似一条斜率很大的线段。当水泥石的结构基本形成并趋于稳定时，体系内的结构和浆料中的溶液的变化趋于缓慢，损耗系数参数的变化趋于平稳。终凝后的图形又是近似一条水平的线段。

第六步，根据损耗系数—水化时间曲线确定测试样品的凝结时间。根据损耗系数—水化时间曲线的三段分界点对应的时间界点就能确定初凝时间点和终凝时间点，其中，曲线上的第一个拐点也就是初凝，所对应的时间点就是初凝时间点；曲线上的第二个拐点就是终凝，对应的时间点是终凝时间点。初凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是初凝时间；终凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是终凝时间。

其中，从图2所示采用本发明技术方案测量电容、损耗系数以及相位角来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图中可以看出，在水泥浆料的水化过程中，浆料的电容特性呈降低趋势。那么，随着电容的降低，因电容而引起的相位差也随之降低。由于浆料的电容特性是由临时的富集电荷层形成的，而这些富集电荷层并不具有保持电荷的特性和能力；相反，在没有外电场约束的条件下，这些电荷发生漏电，自然损耗。因此，随着电容的降低，损耗亦随之降低。在水泥浆料的水化过程中，电容、损耗系数、相位差几乎具有完全相同的变化曲线。

从图3所示采用本发明技术方案测量电感来测定水泥及其制品凝结时间的曲线图可以看出，随着浆料的电容特性的降低，其电感特性走强。电感参数具有一个几乎和电容参数相对称的形状。

从图4中可以看出，采用不同频率的正弦交流信号来测量电容来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图中可以看出，图中，由上往下的三条曲线分别对应的是20 Hz、100Hz和10kHz,在不同频率的正弦交流信号虽然变化曲线不相同，但对应变化的界点和趋势完全相同，也就是说，测量适用采用的正弦交流信号的频率有较宽的范围，但在具体测量时，通常限定在1Hz～1MHz范围内，最佳频率范围在20Hz～20kHz范围内。

同样的道理，从图5中可以看出采用不同频率的正弦交流信号来测量电感系数来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图中可以看出，图中，由上往下的三条曲线分别对应的是20 Hz、200 Hz和2kHz,在不同频率的正弦交流信号虽然变化曲线不相同，但对应变化的界点和趋势完全相同，也就是说，测量适用采用的正弦交流信号的频率有较宽的范围，但在具体测量时，通常限定在1Hz～1MHz范围内，最佳频率范围在20Hz～20kHz范围内。

图6中可以看出采用不同频率的正弦交流信号来测量相位角来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图中可以看出，图中，由上往下的三条曲线分别对应的是50 Hz、200Hz和1kHz,在不同频率的正弦交流信号虽然变化曲线不相同，但对应变化的界点和趋势完全相同，也就是说，测量适用采用的正弦交流信号的频率有较宽的范围，但在具体测量时，通常限定在1Hz～1MHz范围内，最佳频率范围在20Hz～20kHz范围内。

图7中可以看出采用不同频率的正弦交流信号来测量损耗系数来测定水泥及其制品凝结时间的对比曲线图中可以看出，图中，由上往下的三条曲线分别对应的是20 Hz、200Hz和2kHz,在不同频率的正弦交流信号虽然变化曲线不相同，但对应变化的界点和趋势完全相同，也就是说，测量适用采用的正弦交流信号的频率有较宽的范围，但在具体测量时，通常限定在1Hz～1MHz范围内，最佳频率范围在20Hz～20kHz范围内。

从图8所示普通硅酸盐水泥凝结硬化过程中的电阻与电容变化对比曲线图中可以看出，电阻-水化时间曲线有一个明显的拐点，拐点对应的就是初凝时间界点t初，但是，这条电阻-时间曲线无法同时判断终凝时间界点t终，也就无法判断凝结时间；而相对的电容-水化时间曲线有两个明显的拐点，拐点对应的就是初凝时间界点t初和终凝时间界点t终，能有效的判断凝结时间点。

另外，从图9所示普通硅酸盐水泥凝结硬化过程中的电容/损耗系数变化对比曲线图中可以得出和图2相同的结果，无论是采用测定电容C值还是采用测定损耗系数，其具有完全相同的变化曲线，对应出的初凝时间界点t初和终凝时间界点t终完全相同。

同样的道理，从图10所示普通硅酸盐水泥凝结硬化过程中的电容/相位角变化对比曲线图也可以得出和图2相同的结果，无论是采用测定电容C值还是采用测定相位角，其具有完全相同的变化曲线，对应出的初凝时间界点t初和终凝时间界点t终完全相同。

以上对本发明提供测定方法的具体实施方式，具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的材料、方法及应用的技术方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明原理的前提下，还可以对本发明的具体应用做出一定的改进，这些改进落入发明的权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，将水泥与水混合并搅拌均匀，得到浆料；

第二步，将浆料填充在至少一对电极的容器中，形成测量样品；

第三步，对测量样品施加正弦交流信号，测得样品的交流阻抗电学参数；

第四步，记录并形成交流阻抗电学参数—水化时间曲线；

第五步，根据交流阻抗电学参数—水化时间曲线来判断测试样品所处的水化阶段；

第六步，根据电学参数-水化时间曲线确定测试样品的凝结时间点；

所述交流阻抗电学参数—水化时间曲线由水化初期的电学参数-水化时间曲线、水化加速期的电学参数-水化时间曲线、水化后期的电学参数-水化时间曲线连接而成，其中，水化初期的电学参数-水化时间曲线和水化后期的电学参数-水化时间曲线斜率小，水化加速期的电学参数-水化时间曲线斜率大；

所述交流阻抗电学参数—水化时间曲线的三段分界点对应的时间界点就是初凝时间点和终凝时间点，曲线上的第一个拐点是初凝，所对应的时间点就是初凝时间点；曲线上的第二个拐点是终凝，对应的时间点是终凝时间点，初凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是初凝时间；终凝时间点与浆料拌合时间点的时间间隔就是终凝时间；

所述的交流阻抗电学参数为交流阻抗电学参数包括电感L，电容C，相位差、损耗系数D中的一个或多个。

2.根据权利要求1所述的测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：所述浆料是指水泥与水拌合后形成的具有流动性的水泥净浆。

3.根据权利要求1所述的测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：所述浆料是水泥净浆与外加剂、掺合料以及骨料混合均匀后形成的具有流动性的拌合物。

4.根据权利要求1所述的测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：所述正弦交流信号的频率是1Hz～1MHz范围内。

5.根据权利要求1所述的测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：所述记录由记录设备完成的自动记录。

6.根据权利要求4所述的测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：所述正弦交流信号的频率是20Hz～20kHz范围内，电场强度在100mV/m～10V/m范围内。

7.根据权利要求5所述的测定水泥及其制品凝结时间的方法，其特征在于：所述记录至少包括所选定的电学参数的类型、单位、数值以及时间参数。

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