水泥安定性的分析

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摘要：水泥的安定性即体积安定性，是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良，安定性不良会使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。下面就水泥安定性方面的分析作如下探究！

关键词：水泥安定性分析

水泥的安定性即体积安定性，是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良，安定性不良会使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。

一、引起水泥安定性不良的原因

引起水泥安定性不良的原因有很多，主要有以下四种：

1.熟料中所含的游离氧化钙过多、熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多。熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，熟化很慢，在水泥硬化后才进行熟化，这是一个体积膨胀的化学反应，会引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，也会引起水泥石开裂。

2.国家标准规定：水泥安定性经沸煮法检验（CaO）必须合格；水泥中氧化镁（MgO）含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%；水泥中三氧化硫（SO3）的含量不得超过3.5%。

3.安定性不合格的水泥应作废品处理，不能用于工程中。

4.水泥全程安定性 是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。

二、水泥安定性的检测方法

检测方法有试饼法和雷氏法，有争议时以雷氏法为准：

用试饼法进行检验时，将制备好的标准稠度的水泥净浆取出约150g，放在涂油的玻璃板上，使其摊开，成饼状，要求试饼制作必须规范，直径过大、过小，边缘钝厚都会影响试验结果。一般试饼，直径以70～80mm、中心厚约10mm，边缘渐薄、表面光滑为规范试饼。煮后安定性试饼用直尺检查不弯曲，用肉眼观察无裂纹的前提下，仅有少量脱皮现象，应判为安定性合格。试饼煮沸前，应检查并记录有无裂缝或弯曲现象。要检查试饼养护温度时间与湿度是否符合要求（湿气养护箱应能使温度控制在20±3℃，湿度大于90％、养护时间为24±2h）。如养护温度太高（大于25℃）或湿度不够，可能在沸煮前就使试饼发生收缩裂纹，特别是在水泥比表面积比较大的情况下更容易发生收缩裂纹（收缩裂纹往往发生在与玻璃接触的试饼底部中间），这时不能认为试样不安定；如养护温度过低（小于15℃），沸煮后可能产生脱皮现象。

当用雷氏法检验时，要用到专门的仪器：雷氏夹。以测量沸煮后的雷氏夹试模的二指针尖端间的距离的增加值来判断安定性是否合格，如果增加值不大于5.0毫米，则称为水泥体积安定性合格。当用试饼法和雷氏夹法测定同一水泥样品出现争议时，以雷氏夹法为准。雷氏夹法（标准法） {1}按标准稠度用水量确定的方法和结果拌和水泥净浆 {2}将实现校准的雷氏夹放在涂有一薄层黄油的玻璃板上，把制备好的标准稠度水泥净浆装填在雷氏夹试模里，并用小抹刀插捣多次，确保密实，然后抹平。每个水泥样品至少制备两个试样，在盖上一块涂油的玻璃板，放入养护箱中养护24±2H {3}沸煮试验前，首先调整好箱内水位，要求在整个沸煮过程中箱里的水始终能够没过试件，不可中途补水，同时要保证水在30±5MIN内开始沸腾。 {4}从养护箱中取出雷氏夹，去掉玻璃板，先测量雷氏夹指针尖端的距离（记作A），精确到0.5MM，随后将试件放入沸煮箱中的试件架上，要求指针朝上，然后开始加热，使箱总的水在30MIN内沸腾，并恒沸180±5MIN {5}沸煮结束后，立即放掉箱中的热水，打开箱盖，待冷却至室温，取出试件。测定雷氏夹指针尖端的距离（记作C）。当两个雷氏夹试件煮后指针尖端增加的距离（C-A）的平均值不大于5.0MM时，则认为该水泥安定性合格。当两个试件的C-A值差超过4mm时，应采用同一样品再重做一次试验。

三、水泥安定性

安定性是水泥硬化后体积变化的均匀性，体积的不均匀变化引起膨胀、裂缝或翘曲等现象。安定性实验可采用试饼法或雷氏法，当实验结果有争议时以雷氏法为准。

用试饼法进行检验时，要求试饼制作必须规范，直径过大、过小，边缘钝厚都会影响试验结果。一般试饼，直径以70～80mm、中心厚约10mm，边缘渐薄、表面光滑为规范试饼。煮后安定性试饼用直尺检查不弯曲，用肉眼观察无裂纹的前提下，仅有少量脱皮现象，应判为安定性合格。试饼煮沸前，应检查并记录有无裂缝或弯曲现象。要检查试饼养护温度时间与湿度是否符合要求（湿气养护箱应能使温度控制在20±3℃，湿度大于90％、养护时间为24±2h）。如养护温度太高（大于25℃）或湿度不够，可能在沸煮前就使试饼发生收缩裂纹，特别是在水泥比表面积比较大的情况下更容易发生收缩裂纹（收缩裂纹往往发生在与玻璃接触的试饼底部中间），这时不能认为试样不安定；如养护温度过低（小于15℃），沸煮后可能产生脱皮现象。 塑性力学中研究具有初始塑性变形的物体或结构在变值载荷的作用下能否不产生新塑性变形的理论。所谓变值载荷是指在某一范围内作周期性变化或按其他规律循环变化的载荷。 若物体或结构在具有一定范围的变值载荷作用下，除初始阶段产生一定塑性变形并出现一个残余应力分布外，不管载荷在此范围内如何变化，物体或结构中不再出现新的塑性变形,则称结构所处的状态为安定状态;反之称为非安定状态。在变值载荷作用下，即使载荷不会使物体或结构达到极限状态（即当外载荷达到某一定值时，物体或结构可以无限制变形的状态），结构也可能变坏。非安定状态通常有两种破坏形式：①塑性循环破坏：若变值载荷在理想弹塑性材料制成的结构内所引起的应力变化幅度大于材料屈服极限(见材料的力学性能)的两倍，则结构将因反复发生反向塑性变形而破坏。②塑性应变积累破坏：若每一载荷循环过程中，结构某局部产生同一种塑性应变，则结构将因塑性应变的积累而破坏。例如，几个载荷系统交替作用在结构上，如某载荷系统所引起的残余应力对其他载荷系统下的屈服起促进作用，则载荷循环会引起塑性应变的积累而使结构破坏。研究在什么情况下出现安定状态，有利于发挥材料的潜力。 早在1932年,德国的Н．布莱希就已提出有关弹塑性桁架的静力安定定理。此后，Е.梅兰于1938年又对一般弹塑性体的静力安定定理作了证明。静力安定定理可表述为：如果能找出一种与时间无关的、自相平衡的残余应力分布，它与由外载荷所引起的弹性应力共同构成一个处于屈服极限之内的应力系统，则结构是安定的。荷兰的W.T.科伊特于1956年利用"机动容许塑性应变率循环"的概念证明了机动安定定理。机动容许塑性应变率循环能产生满足协调条件和位移边界条件的应变场，即机动容许场。机动安定定理是：在给定的变值载荷的作用下，如果所有的容许塑性应变率循环都满足外力功率不大于物体内部塑性耗散功率的条件，则物体内是安定的；相反，若能找到某一机动塑性应变率循环，使得外力功率大于内部塑性耗散功率，则结构是不安定的。将安定定理中的变值加载改为比例加载，安定定理就成为塑性极限分析的定理(见结构塑性极限分析)。因此，安定定理是塑性极限分析定理更一般的概括。它常被用于变值载荷和温度场作用下的梁、刚架、轴对称板和壳体等结构的分析中。由于安定性分析既要全面研究弹性，又要考虑容许的塑性变形，因此，只有较简单的问题才能找到完整的安定状态的解析解。由于一般结构的安定载荷同塑性极限载荷相差约20％，因此在一般设计中，只需在极限载荷上乘以适当的安定系数就能得到安定载荷，而不必进行安定分析。