摘 要
本文通过将水泥在不同温度下储存不同时间，然后测定其主要的物理性能，并且进行XRD、SEM的分析，研究水泥库中的温度和储存时间对水泥性能的影响。通过实验可以发现，普通硅酸盐水泥P·O 42.5在70~100℃的温度范围内储存不同时间（1d、3d、5d、7d）时，与常温下储存的水泥相比，其标准稠度用水量、凝结时间基本没有变化，抗压抗折强度稍有提高，通过SEM发现水泥的矿物形貌和水化后的结构没有差别，通过XRD发现水泥中主要矿物的衍射峰也基本相同，只是C3S衍射峰稍有提高。说明当水泥库中的温度在70-100℃并且储存时间小于7d时，对水泥的性能基本是没有影响的。
关键词：温度；时间；物理性能；水泥库
ABSTRACT
In this paper we research the cement’s main physical property, after the cement is stored for different time at different temperatures.and analyse them by means of XRD and SEM,then we explore the influences of storage time and temperature for the cement in cement bunker. Compared with the cement who is stored at room temperature, we can find that the cement’s(P·O 42.5) ,stored at 70-100℃for different days(1d、3d、5d、7d),the standard consistency water ,setting time has no change ,but compression strength and rupture strength has increased slightly. We can find that mineral morphology of cement and hydration structure has no change by means of SEM and the main mineral in cement’s diffraction maximum is same by XRD,but C3S’s diffraction maximum increases. This indicates temperatures(70-100℃) and stored time(less than 7d) in cement bunker make no difference for cement greatly.
Key words： temperature; storage time; physical property; cement bunker
目 录
摘要 ........................................................................................................................................ I ABSTRACT ......................................................................................................................... II
1前言 .................................................................................................................................... 1
1.1选题的目的和意义 ...................................................................................................... 1
1.2国内外研究现状 .......................................................................................................... 2
1.3本课题主要研究内容 .................................................................................................. 8
2 实验原料、设备及实验方法 ......................................................................................... 10
2.1实验原料 .................................................................................................................... 10
2.2 原料性能 ................................................................................................................... 10
2.3 实验设备 ................................................................................................................... 10
2.4实验具体内容 ............................................................................................................ 11
2.5预期实验结果 ............................................................................................................ 12
2.6试验方法 .................................................................................................................... 12
2.6.1基本性能测试 ..................................................................................................... 12
2.6.2 微观结构分析 .................................................................................................... 16
2.7 本章小结 ................................................................................................................... 17
3 环境温度和储存时间对于水泥性能的影响 ................................................................. 18
3.1标准稠度用水量分析 ................................................................................................ 18
3.2凝结时间分析 ............................................................................................................ 18
3.3安定性分析 ................................................................................................................ 20
3.4抗折强度分析 ............................................................................................................ 20
3.5抗压强度分析 ............................................................................................................ 23
3.6 XRD分析 .................................................................................................................. 25
3.7 扫描电镜分析 ........................................................................................................... 26
3.7.1 未水化水泥的扫描电镜分析 ............................................................................ 26
3.7.2 水泥水化的扫描电镜分析 ................................................................................ 27
3.8 本章小结 ................................................................................................................... 28
4 结论 ................................................................................................................................. 29
参考文献 ............................................................................................................................. 30
致谢 ..................................................................................................................................... 32
1前言
1.1选题的目的和意义
水泥是现代建筑行业的中一种极其重要的无机非金属材料，水泥工业的发展对保证国家建设计划的顺利进行、人民生活水平的提高，具有十分重要的意义。
水泥从磨机出来之后，不可能直接装车，装船，或者用水泥袋子包装后出厂使用。基本上都需要先进入水泥库中进行储存，然后才可以出库使用。水泥库中心设有一大圆锥，库底圆锥周围的环行区被分成向库中心倾斜的六块扇形区，在每块扇形区内装有十条不同规格的充气箱 ，充气时水泥被送至其中两条径向布置的充气箱上，再通过圆锥体下部的出料口经充气卸料设备及卸料斜槽进入库底中央的均化仓。每个库底圆锥体下部至均化仓共有六套卸料系统。每套卸料系统由充气螺旋闸、气动开关阀、电动流量控制阀组成，卸料时每次由一套卸料系统卸出，六套卸料系统循环轮流卸料。环行区内的充气箱，由一台罗茨风机向选定的卸料区供气，该区上部物料下落形成一漏斗状料流，料流下部横断面上包含有不同时间入库的料层。当水泥从库顶达到库底时，即产生重力混合作用。均化仓由独立的一台罗茨风机供风，当水泥进入均化仓后，又依靠连续充气搅拌得到气力均化，然后从均化仓卸出。均化仓带有料位计，根据料位计信号或充气压力控制出库卸料系统的气动开关阀的开关。出库卸料系统所需空气由风机供给，均化仓均化所需空气由罗茨风机供给[1-4]。
但是某些水泥厂的水泥在水泥库储存的过程中，储存不同时间的水泥与刚出磨的水泥相比，物理性能要比刚出磨的水泥下降很多，标准稠度用水量、初凝、终凝时间变长，3d、28d抗压、抗折强度下降等，严重影响了水泥的质量，对于工厂和施工单位都造成了损失，严重的还可能造成事故。所以，需要探寻水泥库对于水泥储存的条件，保证水泥在水泥库中在较短，甚至较长时间储存后，出库使用时仍然具有较好的物理性能，保证施工顺利进行，避免事故的发生。
水泥库的好坏，直接影响到了水泥的标准稠度用水量和凝结时间，抗压与抗折强度，这些水泥的基本物理性能反映了反映了水泥质量是否符合有关技术要求，而且为施工单位决定现场施工进度提供了必要的信息。尤其是如果对水泥的抗压抗折产生较大的影响，就可能对工程质量产生巨大的影响，极有可能造成重大事故。我国国家标准中规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于12h,初凝时间如果过短，往往来不及施工。如果终凝时间过长，又会妨碍工程进展，造成实际工作中的困难。强度是水泥的一个重要指标，又是设计混凝土配合比的必要数据，由于水泥在硬化过程中，强度时逐渐增长的，常以个龄期的抗压抗折来表示水泥的强度及其增长速率。一般3d、7d的强度称为早期强度，大于等于28d的强度称为我们称之为后期强度。在工程施工时要求水泥的早期强度越高越好，如果不能符合强度要求，对于
工程会带来很大的危害[5]。
因此，需要找到影响水泥库存的影响因素，确保水泥在储存过程中一直保持较好的物理性能，甚至是物理性能的提高。
水泥库在水泥厂的生产中，往往被看做是非常简单的部分，没有引起足够的重视。由于水泥库没有办法进行质量的评定，也看不出运转效率，看起来研究的价值和意义不是很大，很多人认为水泥库只要可以储存和发放水泥就行了。以至于科研人员在用户提出水泥库要具有对于水泥的质量有控制的功能时，不以为然的认为：现代化的水泥厂如果前面生产程序控制的很好，那么水泥库就是储存水泥就可以了，不是主要的生产设备。但是很多现代化水泥厂为水泥库的使用效果不理想而苦恼，导致水泥库中剩余上千吨水泥，使出库困难，或者水泥质量下降，造成重大质量事故(尽管很多是没有发生，但还是造成了重大损失。而且现在比较发达的国家对现代化水泥库的提出了跟高的要求了，而我们在这方面已大大落后[6]。
水泥库储存水泥的方式容易实施，需要的财力不多，水泥厂也有能力做到。如果我们把相关的力量集中起来，使用水泥库储存水泥，对于水泥供需之间的矛盾是一个很好的解决办法。因此，进行水泥库储存后的性能变化研究，掌握其物化性能的变化规律，将有利于水泥的生产、水泥库储存和使用。水泥库储存水泥。通常认为，水泥在水泥库中储存时，如果阴雨天较多，空气湿度较大时，水泥的强度就有可能下降。但只要水泥水化的只是一小部分，水泥还保持着粉末状态，没有形成片状和块状，水泥就可以使用。但是，水泥库储存后的水泥使用之前，必须对各项物理性能重新进行检测，确保水泥的各项性能符合国家标准的要求[7-8]。
1.2国内外研究现状
水泥是现代建设工业中极为重要的建筑材料，建筑工业三大基本材料之一，使用广，用量大，被称为“建筑工业的粮食”。生产水泥尽管消耗了很多的能源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗建筑材料，其单位质量的能耗只有钢材的1/6-1/5，铝合金的1/25，比红砖的能耗还低35%。根据专家的预测，水泥和混凝土还将是21世纪的主要建筑材料，水泥的生产和研究工作仍然是十分重要的。随着现代工业的迅猛发展，它在国民经济中所占的地位日益显著， 已广泛应用于现代工业建设、国民建设、民用建设、水工建设、道路建设、农田水利建设和军事工程等方面。在建筑施工中有了钢筋混凝土和钢结构的混合使用才有高层、 超高层、大跨度等大型建筑物。 随着社会的进步及人类生存的需要，为水泥的发展提出了扩大水泥品种、扩大应用范围和储存条件的新课题和新挑战。另外，人类的生存空间随着人口的急剧增长，迫切需要寻找一个适合人类生存的空间。 占地球表面积 3/4 的海洋是人类趋向扩展的生存空间，而海洋工程的建造如海洋平台、海洋工厂、海洋小区等其主要的建筑材料就是水泥， 这对水泥品质提出更高的要求。因此，水泥的发展对
工程会带来很大的危害[5]。
因此，需要找到影响水泥库存的影响因素，确保水泥在储存过程中一直保持较好的物理性能，甚至是物理性能的提高。
水泥库在水泥厂的生产中，往往被看做是非常简单的部分，没有引起足够的重视。由于水泥库没有办法进行质量的评定，也看不出运转效率，看起来研究的价值和意义不是很大，很多人认为水泥库只要可以储存和发放水泥就行了。以至于科研人员在用户提出水泥库要具有对于水泥的质量有控制的功能时，不以为然的认为：现代化的水泥厂如果前面生产程序控制的很好，那么水泥库就是储存水泥就可以了，不是主要的生产设备。但是很多现代化水泥厂为水泥库的使用效果不理想而苦恼，导致水泥库中剩余上千吨水泥，使出库困难，或者水泥质量下降，造成重大质量事故(尽管很多是没有发生，但还是造成了重大损失。而且现在比较发达的国家对现代化水泥库的提出了跟高的要求了，而我们在这方面已大大落后[6]。
水泥库储存水泥的方式容易实施，需要的财力不多，水泥厂也有能力做到。如果我们把相关的力量集中起来，使用水泥库储存水泥，对于水泥供需之间的矛盾是一个很好的解决办法。因此，进行水泥库储存后的性能变化研究，掌握其物化性能的变化规律，将有利于水泥的生产、水泥库储存和使用。水泥库储存水泥。通常认为，水泥在水泥库中储存时，如果阴雨天较多，空气湿度较大时，水泥的强度就有可能下降。但只要水泥水化的只是一小部分，水泥还保持着粉末状态，没有形成片状和块状，水泥就可以使用。但是，水泥库储存后的水泥使用之前，必须对各项物理性能重新进行检测，确保水泥的各项性能符合国家标准的要求[7-8]。
1.2国内外研究现状
水泥是现代建设工业中极为重要的建筑材料，建筑工业三大基本材料之一，使用广，用量大，被称为“建筑工业的粮食”。生产水泥尽管消耗了很多的能源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗建筑材料，其单位质量的能耗只有钢材的1/6-1/5，铝合金的1/25，比红砖的能耗还低35%。根据专家的预测，水泥和混凝土还将是21世纪的主要建筑材料，水泥的生产和研究工作仍然是十分重要的。随着现代工业的迅猛发展，它在国民经济中所占的地位日益显著， 已广泛应用于现代工业建设、国民建设、民用建设、水工建设、道路建设、农田水利建设和军事工程等方面。在建筑施工中有了钢筋混凝土和钢结构的混合使用才有高层、 超高层、大跨度等大型建筑物。 随着社会的进步及人类生存的需要，为水泥的发展提出了扩大水泥品种、扩大应用范围和储存条件的新课题和新挑战。另外，人类的生存空间随着人口的急剧增长，迫切需要寻找一个适合人类生存的空间。 占地球表面积 3/4 的海洋是人类趋向扩展的生存空间，而海洋工程的建造如海洋平台、海洋工厂、海洋小区等其主要的建筑材料就是水泥， 这对水泥品质提出更高的要求。因此，水泥的发展对
国家的建设和人类生存起着举足轻重的作用。 在实际生产中，一直困扰着水泥制造企业和销售商的是水泥由于在水泥库中储存导致变质的问题，这一问题的解决将会使企业降低成本、 减少损失[5]。
水泥熟料和混合材，石膏等经过粉磨，进入水泥库储存。水泥为松散物料且贮量大。在水泥厂中，水泥库用来储存水泥通常温度较高，从水泥磨经由输送皮带或斗式提升机至水泥库的水泥入库温度约为 100℃左右。国内水泥出库温度一般控制在低于 100℃， 尤其在夏季和销售旺季， 出库水泥温度更加难以控制，多数情况下温度高
[9-11]于 80℃。
水泥厂储存水泥时，主要使用混凝土圆库，尽管混凝土圆库的建造价格较高，但与钢板库相比，其使用期限较长，在其他方面优势也比较突出。生产实践证明，如果混凝土圆库的设计比较科学、施工十分规范，在长期储存水泥的过程中，不但可以保持水泥强度不下降，有时还有利于提高水泥强度，尤其是 3d 抗压强度升高最为显著；相反，如果混凝土圆库不能保持良好的密闭性能，造成水泥库内部和外部空气流通，导致水泥库内水泥接触流动空气，吸收空气中水分水化后，早期强度下降明显，严重影响水泥品质。通过研讨很多人认为，影响水泥长期贮存强度降低的主要原因是水泥库内水泥与湿空气直接接触的面积的大小和时间的长短，所以混凝土库的密闭性是保持水泥质量的关键一步。因此，水泥厂在水泥库建造时必须从设计、施工、检测、维修等方面严格控制，确保水泥库没有裂缝，不漏水、漏气，确保出厂水泥质量符合国家标准的要求[12] 。
而且，水泥库中水泥的储存条件（如温度，储存时间）有可能对于水泥的颗粒状态产生影响，而偏离了水泥原有的颗粒状态，而对水泥的性能产生影响。水泥的颗粒状态主要包括水泥的细度、比表面积、颗粒级配和颗粒形貌等。有关研究得知，粒度分布越宽，堆积密度越高，孔隙率越小，强度越高；粒度分布越窄，水泥的水化速率越快，抗压抗折强度增长就越快[13-17]。
北京化工大学的钟伊扬等研究了水泥的颗粒状态对水泥强度的影响，主要包括了
水泥细度和比表面积对于强度的影响，如表1.1所示.与水泥颗粒级配对强度的影响如
表1.1 粉磨细度、比表面积与水泥强的关系
(ISO法)抗压强度/MPa
3d
44.1 30.8 15.0 7.2 25.4
7d 51.4 40.1 22.6 2.4 34.7
28d 62.5 52.9 33.5 4.7 52.1
颗粒分布/um
表1.2所示。
由表1.1可以看出，水泥80微米筛余由9.0%下降到2.3%时，比表面积由286m2/kg上升到354m2/kg时，3d和28d强度都有较大的提高，分别提高了89%和53%。由表1.2可以看出，当水泥的粒度分布小于20um时，其3d、7d、28d的抗压强度要比20~50、50~70、70~80um时都要大的多。当水泥的粒度分布小于20um时，相比于70~80um时大6倍[18-20]。
表1.2 P·F42.5R水泥颗粒分级强度测试结果
(ISO法)抗压强度/MPa 3d 16.4 20.8 24.7 27.4 29.5 31.1
28d 38.0 39.5 46.2 53.1 55.9 58.3
试样代号
A B C D E F
80um筛筛余/%
9.0 7.4 5.1 4.0 3.1 2.3
比表面积
/(m2/kg) 286 295 307 322 339 354
河南偃师水泥厂的王信宗、常松枝等人研究了温度对于水泥凝结时间的影响，探究了水泥本体温度对于凝结时间的影响，如表1.3所示。
表1.3 水泥温度对凝结时间的影响
试验编号
1 2 3 4 5 6
水泥温度/℃
82 70 60 40 30 21
用水量/ml 134 132 130 130 128 128
下降深度 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0
初凝 0:34 0:46 0:54 1:16 3:37 4:37
终凝 0:44 0:56 1:04 1:31 4:04 6:03
由表3可以看出水泥的温度对于标准稠度用水量影响很大，水泥的温度越高，标准稠度用水量就越多，而且水泥温度越高，初凝和终凝的时间就越短，而且初凝和终凝之间的间隔时间越来越短。水泥初凝时间的变短，对于工程的施工带来很多困难，导致来不及施工水泥就已经硬化，因此，必须控制水泥出磨时的温度[21]。
黄山学院的杨永梅、刘培培等对水泥储存过程中的变质因素进行了研究，通过对不同储存形式下的水泥，检测其标准稠度、比表面积、抗压强度、细度等主要特征，对实验结果进行了整理和分析，寻找水泥储存过程中的变质因素，并对其进行控制，保证水泥储存过程中质量的稳定性。如表1.4、表1.5所示。
表1.4 入库水泥与水泥库内储存3个月水泥物理性能比较
抗折强度/MPa 1d
2010.3.26 2010.6.12
1.1 1.0
3d 3.1 2.9
28d 6.0 6.5
1d 4.1 4.8
抗压强度/MPa
3d 14.8 15.7
28d 30.5 31.4
成型时间
由于水泥库内的水泥除最上层与水泥库中不流动空气接触，可以认为水泥是在密封环境下进行贮存的。 将入库前水泥与在水泥库内储存 3 个月的水泥进行初凝、终凝时间和抗压抗折强度的比较，由表1.4、表1.5可得入库前的水泥与在水泥库中储存3个月的凝结时间和抗压抗折强度等基本上没有太大的变化，说明在水泥库中的水泥储存很长一段时间之后依然可以保持较好的物理性能。
表1.5 入库水泥与水泥库内储存3个月水泥物理性能的比较
凝结时间/(h:min)
成型时间
初凝
2010.3.26 2010.6.12
4:47 4:53
终凝 5:52 6:16
曲 合格 安定性
另外，他们还研究了在相对密封条件下散装水泥储存时的物理性能变化。他们将水泥放在密闭的铁桶中进行储存，3个月后，进行物理性能的性能的测试。通过对比封桶前与封桶后的性能发现：水泥封桶储存一段时间后，其抗压抗折强度基本上没有变化，有一些抗压抗折强度还有小幅度的增大。他们认为这主要是由于水泥中的有害成分在储存过程中逐渐变少的原因。由于铁桶是密封的，桶内的水泥不会和湿度较大的空气接触，因此，其物理性能变化很小。
他们在研究水泥在库房中储存时物理性能的变化后，他们认为，只要库房内地面干燥，没有和外界大气相通，那么库房中储存的水泥就只会和少量的干燥的空气接触，其物理性能也没有很大的变化，检测各项物理性能后，均符合国家标准的要求，可以认为对于水泥的品质的影响可以忽略不计。
他们在研究水泥在露天长期储存的情况下对于水泥物理性能的影响时，他们用单层PVC编织袋包装水泥，放置在露天的水泥平台上，在水泥上盖上篷布，研究后发现实验的结果与水泥库内储存时的效果基本相同，大部分水泥强度没有特别明显的下降。但是长期的露天的环境下储存的水泥容易使少量的水泥结为硬块。
因此，他们得出结论，认为水泥水泥的适宜的储存条件是空气干燥，环境的温度较低，不和外界空气，尤其是湿空气接触，储存的水泥和空气尽量不接触，不可以储存太长的时间，在密封库存和袋装封存时，水泥的性能，特别是抗压、抗折强度变化不大，可以认为对水泥没有影响[22]。
神华集团神东水泥厂的刘耀、杨子林等也进行了相似的研究，得出的结论与上述结论基本一致[23]。
合肥东华建材股份有限公司的毛军辉、宋文初等研究了水泥库密闭性对水泥强度的影响。他们对某个年120万吨水泥粉磨站进行了研究， 该站共有4个Φ15m×30m 混凝土水泥库，其中3个库装P·O42.5 水泥。他们发现，该水泥粉磨站从2010年投产运行5个多月以来，水泥质量一直比较正常，由于当时各种原因导致社会对水泥需求量很大，该厂每个水泥库最大储存量仅为4 000t。到2011年2月，4 个水泥库全部装满水泥，从 3 月份开始散装水泥发放过程中多次出现水泥结块现象，清理下料口时，可以看到球状和片状的水泥块，进入5月份以后雨水开始增多，水泥结块现象变得更为严重，水泥早期强度有明显的下降。6 月份时雨水增多，出库水泥强度的下降变得更为严重，水泥在水泥库中储存时间越久，水泥的强度下降的越多。
在水泥强度开始下降时，他们从使用的水泥的熟料、石膏、石灰石、粉煤灰、矿渣粉和使用的助磨剂等物料上查找问题的来源，但是，即使生产过程中不在磨机内部喷水冷却，出厂水泥的强度仍在下降。
为了找到引起问题的原因，他们在入水泥库提升机处安装粉体自动取样器，日常生产时连续3d 对入库的 P·O42.5 水泥取连续样， 每天的样品充分混合后分成五份，一份当天成型，两份用取样袋密闭保存，另外两份敞开放置于室内，在放置 3d 和 7d 后分别成型，分析实验得到的强度结果可以看出，密封保存的样品放置 3d 和 7d 强度没有下降，部分水泥胶砂试样早期强度（1d 和 3d）还略有提高，这可能与水泥中 f-CaO 消解有关。敞开放置在室内的水泥，放置3d 后早期强度明显下降，28d强度也均有下降，但下降幅度不大，但是敞开放置 7d 后所有龄期强度均迅速下降。
而试验阶段这 3d 生产的水泥存入同一个水泥库中，7d后取样检测，发现水泥强度下降较多，可以看出生产水泥的原料不是于水泥强度的下降的因素，主要原因是水泥库库密闭性不够好，存在裂缝等，以至于下雨天或空气湿度较大时，水分直接从水泥库顶或者水泥库的侧壁进入水泥库中，由于收尘器在需要经常打开方便工人工作，导致在水泥库内形成了负压，导致大量的湿空气进入水泥库内。刚出磨的水泥化学活性很高，水泥和水分接触时，水泥中的f-CaO、C3S 等成分与进入水泥库中的水
发生反应 ， 生成 Ca(OH)2，Ca (OH)2又和空气中的CO2产生反应，产生CaCO3和水，并且放出热量，水泥库中新生成的水又和高活性的水泥反应，而放出的热量会加速这种不良的反应，使水泥受潮加快，形成恶性的循环。水泥与水接触后，水泥密度变小，一部分水泥结成了片状和块状，初凝和终凝时间变长，水泥的抗压抗折强度下降。
他们在修复水泥库的裂缝之后，将水泥库中原有的水泥排除干净，将新生产的水泥储存在库中。然后对于出库水泥进行物理性能的测试，通过表1.6、表1.7可以明显的看出，出厂水泥的强度没有下降，证明了他们之前的判断是对的。他们认为，影响水泥长期贮存强度降低的主要原因是水泥库内水泥与湿空气直接接触的面积的大小和时间的长短，所以混凝土库的密闭性是保持水泥质量的关键一步。因此，水泥厂在水泥库建造时必须从设计、施工、检测、维修等方面严格控制，确保水泥库没有裂缝，不漏水、漏气，确保出厂水泥质量符合国家标准的要求[12]。
表1.6 7月份出磨和出厂水泥的平均强度
时间
出磨水泥 3.0
表1.7 水泥库修复后出磨水泥和出厂水泥强度 抗折强度/MPa 出磨水泥 出厂水泥
2.9 2.9
5.2 5.5
8.5 9.0
10.7 10.9
抗压强度/MPa
25.7 26.1
49.3 49.6
抗折强度/MPa
5.5 8.8 12.2 抗压强度/MPa
28.2 50.2
时间
水泥储存的方式和条件直接影响水泥的抗折、抗压强度的性能，通过跟踪检测结果表明，适宜水泥储存的条件是空气中含水量少、环境温度适宜、空气没有剧烈的流动、较少与空气接触、储存时间较短等，密封库存或袋装封存效果较好。如果在这种条件下储存，其抗折和抗压强度基本均无变化，有的强度值还略有提高。 这一方面是因为水泥中的有害成分在储存过程中自然减少。 另一方面，水泥库或封桶内的水泥基本上不会和外界的含水量较大的空气接触，因此其物理性能变化很小[12]。
凯诺斯( 中国) 铝酸盐技术有限公司的刘春峰、孙年国研究了在水泥库环境下长期储存水泥时水泥性能的变化。他们主要研究水泥助磨剂、水分和 SO3对水泥结块
及长期储存对于水泥性能的影响。根据实验目的,他们取了水泥熟料，然后添加不同的助磨剂、石膏，配制了 4 组试样。他们将各组试样配制好后,用实验室的试验磨机进行粉磨，直到所有试样都磨制到比表面积为相差不大，然后将试样分成两份，一份试样立即进行强度检验，一份试样装入自制小筒，在小筒内覆盖一层塑料膜，形成密封的环境，然后将小筒放到混凝土振动台上振动数分钟, 然后将小桶盖上盖子形成密闭的环境。他们将小筒放入80℃的烘箱内, 储存3 个月[24]。
3个月后，他们取出铁桶，观察铁桶中的水泥是否结块，然后测定各项物理性能。他们发现不加助磨剂的水泥试样结块总数量较多, 较大块的水泥数量也比较多, 把结块的大块水泥用研钵初步研钵之后，发现仍有小颗粒存在, 塑料袋破损处有挂壁现象。添加助磨剂的水泥试样, 结块时小块较多, 大块比较少, 结块只需要轻微振动，就可以变成细小颗粒，不需要经过用力的研磨。通过对比试样的原始强度和储存 3 个月后的物理性能，他们得出结论：水泥中加入助磨剂以后,水泥经过长期储存时,强度下降较大,但有利于减少水泥在长期储存过程中的结大块的现象；由于在水泥粉磨过程中，往往要在磨内喷水，使水泥降温，导致水泥中水分增多，,水泥经过长期放置以后强度下降的幅度较大，3d抗压强度甚至可以降低14MPa；石膏在水泥中含量的增加,可以在一定程度上提高水泥的强度,但是也会引入了少量的水分, 导致水泥长期储存后的强度降低[24]。
因此，他们认为，为了保持水泥在水泥库中长期储存时其物理性能可以保持在较好的水平，在水泥的生产、储存和使用过程中应当注意下面事项：由于出磨水泥在水泥库内储存达到 3 个月之久时，其强度下降了一半左右, 水泥中含有的的水分越大，强度下降越多。因此, 出磨水泥的水分必须保持在 0.70%以下, 出磨水泥在水泥库中储存的时间要小于 1 个月。如果水泥需要在水泥库中长期储存, 则石膏添加量不宜过多, 否则会使出磨水泥水分增加，因此可以用天然硬石膏部分替代二水石膏[24]。
对于出磨水泥在水泥库中储存时变质因素的研究还是比较少的，现在的研究主要集中在了水泥库的密封性导致的外界空气进入引起的强度等的下降、水泥的粒度变粗、水泥在出磨时温度过高和水泥的成分在库中存在变化等方面，但是工厂和研究单位对此还没有投入足够的人力和财力进行研究，这需要社会各方面的努力，解决好水泥生产中的最后一个环节。
1.3本课题主要研究内容
本课题通过模拟水泥在水泥库中的温度和储存时间，对不同温度和储存时间下的水泥进行物理性能的检测，研究水泥库中的温度和储存时间对于水泥物理性能的影响，确定实验方案。确定研究方案如下：
（1）测定不同温度下储存不同时间的水泥的标准稠度用水量、凝结时间。 （2）测定不同温度下储存不同时间的水泥的筛余值。
（3）测定不同温度下储存不同时间的水泥的抗压抗折强度，找出最佳储存温度和储存时间。
（4）通过上述实验找到的比较理想的储存温度和储存时间，净浆成型，保留试样，测定其微观结构。
（4）通过XRD测定不同储存温度和储存时间下水泥粉末中中的矿物组成。通过SEM等测试手段研究水泥在不同温度和储存时间下水泥净浆的水化产物形貌、组成和结构特征的影响，检测水化产物种类，分析水化过程的矿物组成，及变化规律。
2 实验原料、设备及实验方法
2.1实验原料
（1）水泥：选用水泥厂生产量和储存量较大的普通硅酸盐水泥P·O 42.5。主要的特点为：早期强度高，水化热较高 ，耐冻性较好 ，耐热性较差 ，耐腐蚀性较差，干缩较小。水泥成分如表2.1所示。
表2.1 水泥的化学成分
水泥化学组成 含量/%
SiO2 24.30
CaO 52.5
Al2O3 8.85
Fe2O3 2.53
MgO 4.26
SO3 2.28
（2）砂：中国ISO标准砂，符合国家标准（GB178-77）要求的标准砂，用以检验水泥胶砂强度必需的通用材料。
2.2 原料性能
普通硅酸盐水泥P·O 42.5是一种水泥厂产量较大，早期强度较高的水泥。其主要性能如表2.2、表2.3所示。
表2.2 普通硅酸盐水泥的主要物理性能
水泥标号 P·O 42.5
表2.3普通硅酸盐水泥的抗压抗折强度 抗折强度/MPa
抗压强度/MPa
标准稠度用水量/%
28.8
凝结时间/min 242
302
0.35
安定性
筛余/%
水泥标号
2.3 实验设备
（1）水泥砂浆搅拌机，砂浆搅拌锅； （2）水泥净浆搅拌机，净浆搅拌锅；
（3）电子天平、烧杯、量筒、搅拌棒、刮刀、刮平尺、颜料笔等； （4）砂浆模具若干（40mm×40mm×1600mm立方体模具）； （5）净浆模具若干（20mm×20mm×20mm立方体模具）； （6）砂浆振实台（应符合JC/T 628要求）、净浆振实台； （7）YH-42B标准恒温恒湿养护箱； （8）净浆标准稠度与凝结时间测定仪； （9）抗折强度试验机（符合JC/T 724的要求）； （10）抗压强度试验机； （11）F101-2型电热鼓风干燥箱 （12）负压筛析仪
（13）美国FEI生产的QUANTA FEG 250型热场发射扫描电子显微镜； （14）德国BRUKER-AXS有限公司生产的D8 ADVANCE型X射线衍射仪 （15）耐高温密封餐盒
( 16) FZ-31A型沸煮箱，雷氏夹若干
2.4实验具体内容
由于，在水泥库中，只有最上层的水泥才会和少量空气接触到，其余均可视为在密闭条件下进行的储存，因此，水泥库中空气的湿度暂且不予考虑，在此只考温度和储存时间的影响。根据工厂的数据和资料得知，水泥出磨进入水泥库后，由于温度较高，导致水泥库温度大约为80℃左右，但一般会低于100℃。
实验室的电热鼓风干燥箱可调节的温度范围为10℃-250℃，完全可以满足模拟水泥库中70℃-100℃，因此，可以将一定量的水泥放在封闭的容器内，形成密闭的环境，而且容器是易于传热的，然后放在电热鼓风干燥箱中，在70℃、80℃、90℃、95℃、100℃下储存一定的时间（1d、3 d、5 d、7 d），，并且定期取出一部分试样，测试水泥在不同温度下储存不同的时间各种物理性能检测，包括了标准稠度用水量、初凝时间和终凝时间、抗压和抗折强度、安定性、筛余百分数和比表面积。而且取一部分水泥在室温(20℃)下储存（1d、3 d、5 d、7 d）,测量与上述相同的物理量。进而确定温度和储存时间对水泥质量的影响，进而可以确定水泥库中的温度维持在何种水平对于水泥的储存最为有利，确保出库水泥的性能维持在理想的水平。
（1） 需要测定的水泥在不同温度下储存不同时间时的物理量如表2.4所示。 （2）水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验的测试，依据GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行试验。
水泥胶砂强度的测试，依据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》（ISO法）进行实验，试样养护至3d、7d和28d。
水泥细度的测试，依据CB/l345-1991《水泥细度检验方法》(80um筛析法)进行
试验。
表2.4 实验所需测定的在不同储存温度不同时间下的物理量 温度/℃
储存时间
/d
所测量 20 70 80 90 95 100 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 标准稠度用水量，凝结时间，筛余，安定性，抗压强度，抗折强度
水泥中f-CaO的测试，依据 GB/T 176-1996 《水泥化学分析方法》进行试验。 水泥比表面积的测试，依据 GB/T 8074-1987 《水泥比表面积测定方法》（勃氏法）进行试验。
（3）找出最适储存温度与时间的水泥，用来做微观测试，通过XRD、SEM对掺合料的水泥的水化产物进行分析。
2.5预期实验结果
结果一：通过对不同温度不同储存时间水泥进行各项物理性能的测试，并且与室温储存水泥的各项物理性能相比较，如果存在差异，则说明应该存在一个适宜的储存温度与时间，使水泥的性能较为理想，即为水泥库中可以参考的适宜的温度和时间。
结果二：通过对不同温度不同储存时间水泥进行各项物理性能的测试，并且与室温储存水泥的各项物理性能相比较，如果变化非常小，则说明储存温度（70-100℃）和储存时间（
2.6试验方法
2.6.1基本性能测试
（1）标准稠度需水量的测定
水泥的标准稠度用水量是指按照国家标准规定的方法和指定的仪器，将水泥调制成标准稠度的净浆所需的拌合水量，是以用水量与水泥质量的百分数来表示。水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定的阻力，通过试验含有不同水量的水泥净浆对试杆阻力的不同，可确定水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量。
实验中应当注意：搅拌开始前,要用湿抹布将搅拌锅和叶片擦拭一遍，否则如果搅拌锅和叶片干燥时会吸收水泥净浆中的水分,使标准稠度用水量的结果偏高。使用擦过搅拌锅和叶片上所残存的水分相对较少的纯棉的湿抹布，可以使使检测结果更加准确。向搅拌锅中倒水时，不要让水溅出 ，否者会使结果偏高。务必将量筒中的水倒干净， 因为少量的水就会对实验产生很大的影响。当搅拌机低速搅拌结束后 要将叶片和净浆锅壁上的水泥浆刮入搅拌锅中间，使得水泥浆可以搅拌均匀。水泥净浆需
一次性填满试模，水泥净浆装入试模后 ，要用插刀沿着模具内壁旋转一周，然后轻拍5下，刮去多余的净浆，必须抹平。 从搅拌结束到测试完成 一定要控制在 1.5 min 之内， 因为水泥加水拌和后就开始发生水化反应， 时间越久，水泥净浆由于水化反应对维卡仪试杆的阻力会越来越大，因此如果加水后到开始实验的时间过长会使稠度用水量越来越大。
（2）凝结时间的测定
水泥从加水开始到失去流动性，即从流体状态发展到较致密的固体状态，这个过程所需要的的时间成为凝结时间。水泥的凝结时间又可以分为初凝时间和终凝时间。初凝为水泥从加水开始到水泥浆开始失去可塑性的时间吗，终凝为水泥从加水开始到水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间[34]。
凝结时间测定方法：用标准稠度用水量制成的净浆一次性装满试模，用刮刀沿着内壁旋转一周，之后刮平，立即放入湿气养护箱中，距离加水30mm 时进行第一次测定。当试针沉至距底板 4mm±1mm时，水泥浆体达到初凝状态。由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间。在初凝时间测定完成之后，立即将试模翻转 180 度后再放入湿气养护箱中继续养护。当试针沉入试体 0.5mm 时，即环形附件不能在试体表面上留下痕迹时，水泥浆体达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥终凝时间。
在测定凝结时间时，应当注意以下问题，保证凝结时间的准确性。
试验条件的影响：水泥试验室的温度控制在 20℃±2℃范围内，相对湿度大于50%，水泥试样、拌和水、仪器和用具的温度应与试验室一致，尽量减少温度对水泥标准稠度用水量的影响；水泥恒温恒湿养护箱的温度必须控制在 20℃±1℃范围内，相对湿度大于 90%，因为养护温度和湿度对于水泥浆体水化速度的影响比较大，会对凝结时间产生很大误差。由于温、湿度对水泥水化、凝结、硬化影响很大。因此，要严格按标准要求控制试验室温、湿度。在其他条件相同的情况下，通常水泥浆体养护的温度越高，该水泥的凝结时间越短，反之则越长。
仪器设备的影响：水泥净浆搅拌机的叶片尺寸、搅拌间隙必须符合标准要求，否则易造成水灰混合不均。导致标准稠度用水量产生变化，从而影响凝结时间的准确测定。因此搅拌机要定期检查和保养,保证良好的工作状态。维卡仪滑动部分必须靠重力自由下落，其质量以及试杆截面尺寸、偏离度必须符合标准要求，否则将导致标准稠度用水量失真。对于初凝时间影响更为明显。因此，在每次测定前，首先应将仪器在水平面上垂直放稳，检查滑动杆表面是否光滑，能否靠重力自由下落。平时要定期检查和保养仪器。
人为操作因素的影响：标准稠度的水泥净浆是准确测定凝结时间的关键。如果在水泥加入水中后较长时间才进行搅拌，且没有严格按规定的时间搅拌，这样拌制的净浆就不符合标制稠度的要求，这便会影响到浆体水化产物的正常水化，从而给凝结时
间的测定结果带来很大的影响，导致凝结时间与实际结果偏差很大。在测定水泥标准稠度用水量的过程中，拌制好的水泥浆体装模的时间不应过长，净浆表面必须刮平，刮去多余的净浆，以及试杆（试锥）的释放速度尽量一致，净浆需要一次性装满试模。如果不能满足以上条件，就会影响到试杆（试锥）贯入水泥浆体的深度，引起标准稠度用水量的波动，导致凝结时间测定结果的不准确。因此在操作在操作时每次测量要尽量一致，保证测定结果在允许的误差范围之内[25-29]。
（3）抗折、抗压强度的测定
水泥强度是水泥重要的物理力学性能之一。它是硬化的水泥石可以承受的外力破坏的能力，根据受力形式不同，水泥强度通常分为抗压、抗折、抗拉三种[34]。
抗压强度是指水泥胶砂硬化试体承受压缩破坏时的应力。以MPa 表示。实验中将40mm×40mm×160mm的砂浆试块放于养护箱中养护1d，脱模后在水中养护至3d、7d、28d。相应龄期的抗折强度用压力试验机测定。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的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断（保持两个半截棱柱体处于潮湿状体直至抗压试验）。抗压强度试验通过所规定的抗压强度试验机及其相应夹具(符合JC/T 638的要求，受压面积为40mm×40mm），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。
在整个抗压抗折实验中应当注意以下问题，保证测定值的准确性。
样品的封存与保管：试验样品的封存与保管对水泥强度的影响较大。当试验水泥从取样至试验需要保存 24 h 以上时，应把它贮存在基本装满和气密的容器里，而且这个容器应当不与水泥起反应。
温度与湿度:试验室温度应保持在 20℃±2℃，相对湿度大于 50%；试体带模养护的恒温恒湿养护箱温度保持在 20℃±1℃，相对湿度大于 90%；试体养护池水温应在 20℃±1范围内。为确保试验条件符合标准规定，对于实验室中的温湿度计应该定期检查，保证温湿度计的正常工作，确保实验室中的条件符合要求。当温湿度低于标准规定的数值时，将影响水泥的水化反应速度，进而导致水泥强度明显下降，反之，则强度值会明显偏高。
试模组装与涂油：如果组装好的试模任何一个公差超过规定数值时，将直接影响成型试块的规格尺寸，应当立即更换。试模表面涂油时要恰到好处，如果试模上表面上的黄油或机油过多，试体在成型时便会在表面留下很多空洞，影响试体的密度，并使试体表面形成一层不易透水油层，阻止了水与试块接触，影响水泥的水化反应。相反，如果黄油涂抹过少，将造成脱模困难，强行脱模，易使试体内部损伤，甚至直接断裂，对于水泥的强度的影响非常大。所以在往试模上涂油时，一定要尽量将试模表面的油刷均匀，最好在 20 号机油中掺入 1/4 黄干油，加热混合均匀后再使用，刷
子最好采用宽度为 3 cm的 2 号油板刷。
胶砂搅拌机与振实台：行星式胶砂搅拌机的叶片与锅底、锅壁的工作间隙为 3mm±1mm，间隙偏大，锅底粘住的水泥砂浆得不到充分搅拌；间隙过小，搅拌时叶片容易碰锅或打碎粒，影响检验结果的准确性。因此，在使用过程中要对胶砂搅拌机的间隙定期进行检查，确保每一次试验都符合标准规定。在用振实台振实时，布料的均匀性，设备的振幅大小都直接影响试体的密实度，气泡的排放量。为此，操作中，应及时检查有无螺丝的松动或振实台的窜动、卡具的脱落等情况发生。若有应及时进行调整，防止漏浆和试模滑动。定期对振幅、振动时间等进行检定。
水泥抗压试验机：水泥抗压试验机的荷载范围、加荷速率、精度等因素直接影响抗压强度值的准确性。在整个加荷过程中，加荷速率为2400 N/s±200 N/s ，均匀地加荷直至破坏。使用过程中应保持仪器的清洁、干燥、温度均衡。定期进行检查，保证机器可以正常工作。
称量与量水：准确称量每锅胶砂需要的水泥（450 g±2 g）、标准砂（1 350 g±5 g）、水（225 g±1 g），把水与水泥加入锅内时，要防止水泥和水的洒出，确保质量的准确。
试体刮平操作：水泥成型过程中刮平、抹平操作对试验结果影响很大。刮平、抹平时胶砂高出试模，会造成检验结果偏高；反之，胶砂表面受损或低于试模，会造成检验结果偏低 。在实际操作中应注意：第一，握住金属直尺时，用力要均匀，确保3 块试体表面水平，没有损伤；第二，刮平时，金属直尺自始至终要保持与试模垂直,即近似 90°的角度，不要中途改变角度。按标准要求，沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次完成刮砂任务，而不能抬高直尺，否则会造成试模表面凹凸不平，影响试块强度；第三，抹平时，直尺以近乎水平的情况将试体表面抹平，最好一次完成抹平，次数不应过多。因为，抹平次数过多，试体表面就会泌水脱皮，影响强度的准确度。
试体养护：试体带模养护时，恒温恒湿养护箱的温度和湿度必须符合标准要求，养护箱的篦板应当水平，如果发现篦板不平要及时调平，防止试模中胶砂向低的一侧流动，从而使试体出现一头高、一头低的现象，使强度测定结果不准确。脱模应非常小心，可用塑料锤或橡皮榔头或专门的脱模器，不可以强行脱模，否则会造成试块内部受损，甚至断裂，必须在规定的时间按时脱模。试块脱模后，在刮平面上做好标记，立即水平或竖直放在水中养护，每个养护池只能养护同种类型的水泥试块，开始时用自来水装满养护池，以后随时加水保持适当的水位，必须注意，养护池不允许在养护期间全部换水。
试体破型：试体应在试验破型前 15 min 钟从水中取出（除 24 h 龄期或延迟至 48 h脱模的试体外），用抹布擦去试体表面沉积物，并用湿布覆盖至试验为止。进行抗折试验时注意把试体放平放正，垂直于支撑圆柱。进行抗压强度检验时，应在在整个加荷过程中应以 2 400 N/s±200 N/s 的速度均匀加荷，直至破坏 [30-32] 。
（4）水泥细度检验——筛析法
水泥的细度就是水泥的分散度，是水泥厂用来做日常检查和控制水泥质量的重要参数，水泥的细度要控制在一个合理的范围之内，以保证水泥具有良好的性能。实验按照国家标准GB1345-91《水泥细度检验方法》（80um筛筛析法）进行。筛析法包括了负压筛法、水筛法、和手工干筛法。 本实验采用的是负压筛法。称取水泥试样25g置于负压筛中，开动筛析仪，连续筛析2min,调节负压为4000-6000Pa，本实验中一律采用5000Pa。筛余完毕，用天平称量筛余物，计算筛余。
为了保证实验数据的准确性，实验中应该注意以下事项。负压筛工作时，应保持水平，避免外界振动和敲击。样品应当没有结块、受潮的现象。做完一次实验应当用毛刷清理一次筛网。如果负压筛连续使用时间过长（一般超过30个样品时），应当检查负压值是否正常，以免影响实验数据的准确性[33]。
2.6.2 微观结构分析
根据水泥胶砂试样力学性能的分析，找出在不同温度和储存时间下抗折、抗压强度较高的水泥试样进行净浆试验，取相应龄期的净浆中心部位的碎片，浸入无水乙醇中终止水化，测验之前，取出试样，在电热鼓风干燥箱中将试样表面的乙醇烘干，选取片状试样，用美国FEI生产的QUANTA FEG 250型热场发射扫描电子显微镜(SEM)对水泥水化产物的形貌、结晶状况进行观察和分析。
扫描电镜的工作原理是：由电子枪阴极发出的直径20cm～30cm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征[35]。
制品的物理性能和其显微结构息息相关，对试样断面进行观察，并分析相关原因，以便作相应的改进，从而达到提高制品机械性能的目的。
X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续X射线和特征X射线两种。晶体可被用作X光的光栅，这些很大数目的原子或离子（分子）所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影响散射的X射线的强度增强或减弱。由于大量原子散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线。 满足衍射条件，可应用布拉格公式：
2dsinθ=nλ (2.4)
应用已知波长的X射线来测量θ角，从而计算出晶面间距d，这是用于X射线结构分析；另一个是应用已知d的晶体来测量θ角，从而计算出特征X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素[35]。
2.7 本章小结
本章主要介绍了实验的主要原料和实验方案，列举了实验中的主要设备，详细介绍了实验的具体内容，说明了实验方法，并根据实验方案预测了实验结果。在现有的试验设备的基础上，完成了标准稠度需水量的测定、凝结时间的测定和对不同温度储存下不同时间段的水泥砂浆试块的抗折、抗压强度的测定，同时通过对不同温度下储存不同时间的水泥净浆试块的留样进行了性能影响的测试，并通过微观分析较高储存温度和不同储存时间对于水泥水化硬化的影响。
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3 环境温度和储存时间对于水泥性能的影响
生产实践表明，刚出磨的水泥进入水泥库中进行储存，但是一段时间之后，出库的水泥的性能有不同程度的下降。考虑到水泥库是一个密封的环境，只是有时开启收尘系统时，可以与空气接触，在多数情况下基本处于密闭的环境中，而且由于刚出磨水泥温度较高，进入水泥库后高温会维持很长一段时间，到出库时温度依然较高。所以本实验采取了将水泥在不同高温下储存不同时间，分析其性能变化。
3.1标准稠度用水量分析
如表3.1所示， 可以看出，对于在不同温度下储存不同时间的水泥标准稠度用水量基本没有变化，标准稠度用水量范围为144-146，都维持在145ml左右，最大值也仅为146ml。常温下储存的水泥与在较高温度（70-100℃）下储存的不同时间的水泥的标准稠度用水量基本相同。说明在同一温度下储存不同的时间对于普通硅酸盐水泥的标准稠度用水量没有影响。这可能是由于水泥本身就是及其干燥的粉末，其内部含有的水分非常少，高温下储存时不会对水泥中水分有影响。
表3.1 在不同温度下储存不同时间的水泥的标准稠度用水量 % 储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 28.6
28.8 28.8 28.8
70 28.8 29.0 28.8 29.0
80 28.8 29.0 29.2 29.0
90 29.0 28.8 28.8 28.8
95 29.0 28.9 29.0 29.0
100 29.0 29.0 28.9 29.0
3.2凝结时间分析
如表3.2和图3.1所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的初凝时间。水泥在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，相同温度下储存不同时间的水泥凝结时间比较接近，与常温下的水泥的初凝时间基本一致，如果排除人为因素的影响，那么不同
表3.2 在不同温度下储存不同时间的水泥的初凝时间 min
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 242
245 239 242
70 240244 240 245
80 238245 238 242 - 18 -
90 246243 245 236
95 232234 233 236
100 238237 230 232
温度下储存不同时间的水泥的初凝时间与在常温下的水泥的初凝时间是一致的，没有变化。国家标准中规定普通硅酸盐水泥的初凝时间要大于45min，所以在较高温 度（70-100℃）下储存不同的时间（1d、3d、5d、7d）的初凝时间都符合国家标准的。
如表3.3和图3.2所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的终凝时间。对于终凝时间而言，情况与初凝时间相似。水泥在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，相同温度下储存不同时间的水泥终凝时间比较接近，基本没有变化。只是在温度升高到100℃时，凝结时间下降了大约10min。这说明，水泥的储存时间和储存温度对于水
表3.3 在不同温度下储存不同时间的水泥的终凝时间 min
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 300
304 299 305
70 298300 305 305
80 306315 304 301
90 297300 299 301
95 300297 301 306
100 288295 290 285
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泥的终凝时间是没有影响的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥的终凝时间要小于10h,由此可见，在不同温度（70-100℃）下储存不同的时间（1d、3d、5d、7d）的终凝时间都符合国家标准的要求。
由于同一个储存温度下水泥的初凝与终凝时间基本相同，所以将初凝与终凝时间取平均值后做差，得到初凝与终凝之间的时间间隔，如表3.4所示，由表中可以看出水泥的初凝与终凝之间的间隔与常温下的水泥基本没有差别，都维持在60min左右。
表3.4 不同储存温度下水泥的初凝与终凝之间的时间间隔 min
3.3安定性分析
水泥的安定性如表3.5所示，可以看出雷氏夹两指针尖端的距离的平均值均小于5mm,符合国家标准的规定，都是合格的。可以看出，在较高温度下储存不同时间时对水泥的安定性没有影响。
表3.5 在不同温度下储存不同时间的水泥安定性 mm
储存时间/d
1 3 5 7
储存温度/℃
20 2.5
1.5 3.0 2.0
70 3.3 2.5 2.0 1.5
80 2.8 2.5 1.8 2.0
90 2.0 2.0 2.3 2.5
95 2.0 2.8 3.5 3.0
100 2.8 4.0 2.0 2.5
3.4抗折强度分析
如表3.6和图3.3所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的3d抗折强度。在70℃时，储存1d、3d、5d、7d时，抗折强度的变化不是很明显，但是强度都有增加，最大增加为0.3Mpa，强度的增加与储存时间的关系没有规律性。当储存温度为80℃时，抗折强度有明显的增加，增加量在储存时间为3d时最大，增加了0.4Mpa。当储存温度为90℃时，水泥的抗折强度与80℃时相似。当温度升高到95℃时，可以看出，随着储存时间的延长，水泥抗折强度越来越小，储存1d时增加量最多为0.3Mpa。当储存温度为100℃时，水泥的抗折强度和在常温下储存的水泥相比，基本上是一致的，可以认为储存温度和储存时间对于水泥的3d抗折没有影响。从总体的趋势来看，四
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条曲线基本上是单峰型的，都是随着温度变化先增大后减小， 但是看不出强度的增加与储存时间的关系。可以看出当储存温度为70-100℃时，对于水泥强度是有利的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的3d抗折强度要大于3.5Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
表3.6 在不同温度下储存不同时间的水泥的3d抗折强度 Mpa
储存温度/℃
20 5.8
5.9 6.0 5.7
70 6.1 5.9 6.2 6.0
80 6.1 6.3 6.2 5.7
90 6.1 6.0 6.3 6.2
95 6.2 6.1 6.0 5.9
100 5.8 6.0 5.9 6.0
储存时间/d
1 3 5 7
如表3.7和图3.4所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗折强度。与在常温下储存的水泥相比，在储存温度为70℃时，强度值就有了增加，最大增加值为0.4Mpa并且随着储存时间的延长，强度增加的越多。当储存温度为80℃，强度的增加更加明显，而且还是当储存到7d时强度增加最多，为0.5Mpa，其他储存时间也有相应的增加，但是增加量与储存时间的关系不明显。当温度升高到90℃时，水泥的强度依然是增加的，储存7d时增加量最大，其值为0.5Mpa。当储存温度到达95℃时，最明显的变化是储存7d的水泥强度要比在常温下储存的水泥的强度要低，其他储存时间时水泥强度的增幅也比较小，最大增加量也仅为0.3Mpa。当温度升高到100℃，其强度随着储存时间的延长逐渐变小，与95℃相似，都没有出现水泥7d抗折强度大幅度下降的现象。从总体的变化趋势来看，各温度下储存1d、3d、5d、7d的曲线都为单峰型，都是随着储存温度的增加先减少后增加。
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表3.7 在不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗折强度 Mpa
储存时间/d
储存温度/℃
20 70 80 90 95 100
如表3.8和图3.5所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗折强度。当储存温度为70℃时，与在常温下储存的水泥相比，水泥的强度值增加明显，当储存7d时增加最多，为0.4Mpa，其它储存时间下水泥的强度也有增加。当储存温度为80℃、90℃时，与在70℃时的情况相似，也是在储存7d时水泥的强度最大，随着储存时间的增长强度也在增大。当温度为95℃时，储存1d时强度最大，储存时间越长强度增长越小。当温度为100℃时，强度只是稍有增加。从总体来看，四条曲线基本为单峰型，在70、80、90℃时，强度增加量明显，可以看出随着储存时间的延长强度逐渐变大。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的28d抗折强度要大于6.5Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
表3.8 在不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗折强度 Mpa
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 8.8
9.0 8.9 8.9
70 9.0 9.2 9.1 9.3
80 8.9 9.0 9.2 9.2 - 22 -
90 9.0 9.1 9.2 9.3
95 9.3 9.1 8.7 9.1
100 8.9 8.8 9.0 8.8
3.5抗压强度分析
如表3.9和图3.6所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的3d抗压强度。在70℃时，储存1d、3d、5d、7d时，强度的变化不大，都维持在23-24Mpa。当温度为80℃时，其强度的变化比较明显，7d的强度值要比在常温下储存时大2.5Mpa。当储存温度为90℃时，强度上升的更为明显，增长了3.5Mpa，而且不同储存时间时强度比较集中。当储存温度为95℃时，储存的时间为1d时，与常温下水泥的强度相比增
表3.9 在不同温度下储存不同时间的水泥3d抗压强度 Mpa
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 22.1
23.1 22.9 22.3
70 23.123.4 22.7 23.7
80 23.123.7 23.5 24.5
90 24.725.2 25.5 24.8
95 25.723.6 24.7 23.9
100 23.224.3 24.5 24.0
- 23 -
加了3.6Mpa，但是强度的增加值随着储存时间的延长而越来越小。当温度上升到100℃时，其强度相对于在常温下水泥也有增长，只是增长的幅度与80℃时基本相同。从总体的变化趋势来看，随着储存温度的升高，水泥的强度逐渐也在逐渐的增大，四条曲线基本都是逐渐递增的，没有出现水泥强度的大幅度下降。按照这说明水泥在较高温度下储存时对于水泥的强度还是有利的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的3d抗压强度要大于16.0Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
如表3.10和图3.7所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗压强度。在70℃时，储存不同时间时强度基本相同，比常温下的水泥增长了2.5Mpa。当储存温度为80℃，和在70℃储存时的情况基本相同。当温度上升到90℃时，水泥的强度在储存到7d时，与常温下水泥的抗压强度相比，增长了3.0Mpa，储存1d、3d、5d时也有相应的强度增长。可以看出，当温度为90℃时，随着储存时间的延长，水泥7d的抗压强度逐渐增大。当储存温度为95℃时，水泥7d抗压强度最大时增加了3.8Mpa。当储存温度为100℃时，水泥的强度也有增加，只有在储存3d时，强度的增加最大，增加了3.0Mpa。其他储存时间时，强度基本相同。从总体的变化趋势来看，四条曲线都是单峰型的，只是出现峰值的温度不同，在70-95℃时，水泥的强度基本是在增长的，看不出和储存时间的关系
表3.10 在不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗压强度 MPa
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 32.3
32.7 32.1 32.9
70 34.2 35.0 34.4 34.9
80 33.6 32.2 33.9 34.9
90 33.5 34.0 34.9 35.5
95 36.2 36.3 34.0 35.2
100 33.3 35.5 34.5 34.1
- 24 -
如表3.11和图3.8所示， 为不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗压强度，当温度为70℃时，水泥的强度增加量不明显，最大增加量仅为1.0Mpa，在此温度下，不论水泥储存时间长短，强度值比较集中。当温度为80℃，水泥的强度值在储存5d、7d时强度增加明显，储存7d时增加了2.1Mpa，1d、3d时强度增加较小，强度值随着储存时间的延长而增加。当温度为90℃时，水泥的强度虽然也有增加，但是强度的变化与储存时间相关性不大。当温度为95℃、100℃时，强度都随着储存时间的延长而变小，只是在95℃时这种变化更加明显，相比于在常温下的水泥的强度分别增加1.7Mpa和0.7Mpa。从总体来看，相同储存时间的水泥强度随温度的变化曲线都为单峰型，只是出现峰值的温度各不相同。但是可以看出在储存温度为80℃、90℃时对于水泥强度是有利的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的28d抗压强度要大于42.5Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
表3.11 在不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗压强度 Mpa
储存温度/℃
20 49.0
50.0 49.2 49.8
70 49.5 49.7 50.5 50.3
80 50.3 50.9 51.6 51.3
90 50.2 51.2 49.4 50.2
95 51.2 50.3 50.0 49.5
100 49.9 50.2 48.9 49.6
储存时间/d
1 3 5 7
3.6 XRD分析
如图3.9所示，为在常温（D）、80℃（C）、90℃（B）、100℃（A）下储存7d的水泥的XRD图像。对比A、B、C、D四个图形可以看出，四种试样中主要矿物的衍射峰相差无几，只是常温下的水泥的C3S的衍射峰峰偏低。由于C3S对于水泥的早
- 25 -
期强度贡献较大，所以常温下水泥的早期强度稍微偏低。这与水泥的抗压抗折强度数据一致。
★A
△
⊙☆
●
B
C
D
10
20
30
40
50
60
★C3S ▲ 阿利特 ⊙ β-C2S ☆ C12A7 ●C2F △γ-C2S
图3.9 在常温（D）、80℃（C）、90℃（B）、100℃（A）下储存7d的水泥的XRD图像
3.7 扫描电镜分析
3.7.1 未水化水泥的扫描电镜分析
a L20 b L80
- 26 -
c L90 d L100
图3.10 在常温（L20）、80℃（L80）、90℃（L90）、100℃（L100）下储存7d的水泥的SEM照片
如图3.10所示，为在常温、80℃、90℃、100℃下储存7d的水泥的扫描电镜照片，放大倍数均为2000倍。从图中可以看出，水泥的颗粒形态都比较接近，没有出现太大的差异。说明在较高温度下储存时对于水泥的颗粒形貌基本没有影响。 3.7.2 水泥水化的扫描电镜分析
a L203d b L803d
c L903d
d L1003d
图3.11 在常温（L203d）、80℃（L803d）、90℃（L903d）、100℃（L1003d）下储存7d的水泥养护3d的SEM照片
如图3.11所示，为在常温（L203d）、80℃（L803d）、90℃（L903d）、100℃（L1003d）下储存7d的水泥养护3d的SEM照片，放大倍数均为5000倍。从图中可以看出，C-S-H凝胶、Ca（OH）2和钙矾石等水化产物明显，水泥石的结构都比较致密，水泥的水化效果良好，没有明显的差别，说明较高的储存温度和储存时间对于水泥的水化产物和结构没有影响。
3.8 本章小结
通过对在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥的比较分析，可以看出水泥的标准稠度用水量、凝结时间基本都没有变化，抗压抗折强度有小幅度的上升，水化7d的水泥强度增加量要比水化3d和7d的明显。通过SEM电镜发现水泥的矿物形貌和水化后的产物基本相同。通过XRD发现主要矿物的衍射峰也基本相同，只是高温下储存时C3S的衍射峰稍有提高。
4 结 论
本文通过将水泥在不同温度(70~100℃)下储存不同时间（1d、3d、5d、7d），然后测定其主要的物理性能，包括标准稠度用水量、凝结时间和抗压抗折强度，并且进行XRD、SEM的分析，研究水泥库中的温度和储存时间对水泥性能的影响。通过以上对试验结果的讨论与分析，可得出以下结论：
（1）在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥相比较，其标准稠度用水量、凝结时间基本没有变化，安定性全部合格。
（2）在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥相比较，其抗压抗折强度稍有增长，养护7d的强度变化要比养护3d和28d强度变化明显，没有出现强度下降的现象。
（3）在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥相比较，水泥的矿物形貌没有变化，水泥中主要的矿物也没有变化，只是C3S衍射峰稍有提高，水化后的产物均比较明显，结构致密，看不出区别。
（4）在水泥库密封性良好的前提下，水泥的入库温度在70-100℃时，储存时间小于7d时不会对水泥的性能产生不良影响。
参 考 文 献
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摘 要
本文通过将水泥在不同温度下储存不同时间，然后测定其主要的物理性能，并且进行XRD、SEM的分析，研究水泥库中的温度和储存时间对水泥性能的影响。通过实验可以发现，普通硅酸盐水泥P·O 42.5在70~100℃的温度范围内储存不同时间（1d、3d、5d、7d）时，与常温下储存的水泥相比，其标准稠度用水量、凝结时间基本没有变化，抗压抗折强度稍有提高，通过SEM发现水泥的矿物形貌和水化后的结构没有差别，通过XRD发现水泥中主要矿物的衍射峰也基本相同，只是C3S衍射峰稍有提高。说明当水泥库中的温度在70-100℃并且储存时间小于7d时，对水泥的性能基本是没有影响的。
关键词：温度；时间；物理性能；水泥库
ABSTRACT
In this paper we research the cement’s main physical property, after the cement is stored for different time at different temperatures.and analyse them by means of XRD and SEM,then we explore the influences of storage time and temperature for the cement in cement bunker. Compared with the cement who is stored at room temperature, we can find that the cement’s(P·O 42.5) ,stored at 70-100℃for different days(1d、3d、5d、7d),the standard consistency water ,setting time has no change ,but compression strength and rupture strength has increased slightly. We can find that mineral morphology of cement and hydration structure has no change by means of SEM and the main mineral in cement’s diffraction maximum is same by XRD,but C3S’s diffraction maximum increases. This indicates temperatures(70-100℃) and stored time(less than 7d) in cement bunker make no difference for cement greatly.
Key words： temperature; storage time; physical property; cement bunker
目 录
摘要 ........................................................................................................................................ I ABSTRACT ......................................................................................................................... II
1前言 .................................................................................................................................... 1
1.1选题的目的和意义 ...................................................................................................... 1
1.2国内外研究现状 .......................................................................................................... 2
1.3本课题主要研究内容 .................................................................................................. 8
2 实验原料、设备及实验方法 ......................................................................................... 10
2.1实验原料 .................................................................................................................... 10
2.2 原料性能 ................................................................................................................... 10
2.3 实验设备 ................................................................................................................... 10
2.4实验具体内容 ............................................................................................................ 11
2.5预期实验结果 ............................................................................................................ 12
2.6试验方法 .................................................................................................................... 12
2.6.1基本性能测试 ..................................................................................................... 12
2.6.2 微观结构分析 .................................................................................................... 16
2.7 本章小结 ................................................................................................................... 17
3 环境温度和储存时间对于水泥性能的影响 ................................................................. 18
3.1标准稠度用水量分析 ................................................................................................ 18
3.2凝结时间分析 ............................................................................................................ 18
3.3安定性分析 ................................................................................................................ 20
3.4抗折强度分析 ............................................................................................................ 20
3.5抗压强度分析 ............................................................................................................ 23
3.6 XRD分析 .................................................................................................................. 25
3.7 扫描电镜分析 ........................................................................................................... 26
3.7.1 未水化水泥的扫描电镜分析 ............................................................................ 26
3.7.2 水泥水化的扫描电镜分析 ................................................................................ 27
3.8 本章小结 ................................................................................................................... 28
4 结论 ................................................................................................................................. 29
参考文献 ............................................................................................................................. 30
致谢 ..................................................................................................................................... 32
1前言
1.1选题的目的和意义
水泥是现代建筑行业的中一种极其重要的无机非金属材料，水泥工业的发展对保证国家建设计划的顺利进行、人民生活水平的提高，具有十分重要的意义。
水泥从磨机出来之后，不可能直接装车，装船，或者用水泥袋子包装后出厂使用。基本上都需要先进入水泥库中进行储存，然后才可以出库使用。水泥库中心设有一大圆锥，库底圆锥周围的环行区被分成向库中心倾斜的六块扇形区，在每块扇形区内装有十条不同规格的充气箱 ，充气时水泥被送至其中两条径向布置的充气箱上，再通过圆锥体下部的出料口经充气卸料设备及卸料斜槽进入库底中央的均化仓。每个库底圆锥体下部至均化仓共有六套卸料系统。每套卸料系统由充气螺旋闸、气动开关阀、电动流量控制阀组成，卸料时每次由一套卸料系统卸出，六套卸料系统循环轮流卸料。环行区内的充气箱，由一台罗茨风机向选定的卸料区供气，该区上部物料下落形成一漏斗状料流，料流下部横断面上包含有不同时间入库的料层。当水泥从库顶达到库底时，即产生重力混合作用。均化仓由独立的一台罗茨风机供风，当水泥进入均化仓后，又依靠连续充气搅拌得到气力均化，然后从均化仓卸出。均化仓带有料位计，根据料位计信号或充气压力控制出库卸料系统的气动开关阀的开关。出库卸料系统所需空气由风机供给，均化仓均化所需空气由罗茨风机供给[1-4]。
但是某些水泥厂的水泥在水泥库储存的过程中，储存不同时间的水泥与刚出磨的水泥相比，物理性能要比刚出磨的水泥下降很多，标准稠度用水量、初凝、终凝时间变长，3d、28d抗压、抗折强度下降等，严重影响了水泥的质量，对于工厂和施工单位都造成了损失，严重的还可能造成事故。所以，需要探寻水泥库对于水泥储存的条件，保证水泥在水泥库中在较短，甚至较长时间储存后，出库使用时仍然具有较好的物理性能，保证施工顺利进行，避免事故的发生。
水泥库的好坏，直接影响到了水泥的标准稠度用水量和凝结时间，抗压与抗折强度，这些水泥的基本物理性能反映了反映了水泥质量是否符合有关技术要求，而且为施工单位决定现场施工进度提供了必要的信息。尤其是如果对水泥的抗压抗折产生较大的影响，就可能对工程质量产生巨大的影响，极有可能造成重大事故。我国国家标准中规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于12h,初凝时间如果过短，往往来不及施工。如果终凝时间过长，又会妨碍工程进展，造成实际工作中的困难。强度是水泥的一个重要指标，又是设计混凝土配合比的必要数据，由于水泥在硬化过程中，强度时逐渐增长的，常以个龄期的抗压抗折来表示水泥的强度及其增长速率。一般3d、7d的强度称为早期强度，大于等于28d的强度称为我们称之为后期强度。在工程施工时要求水泥的早期强度越高越好，如果不能符合强度要求，对于
工程会带来很大的危害[5]。
因此，需要找到影响水泥库存的影响因素，确保水泥在储存过程中一直保持较好的物理性能，甚至是物理性能的提高。
水泥库在水泥厂的生产中，往往被看做是非常简单的部分，没有引起足够的重视。由于水泥库没有办法进行质量的评定，也看不出运转效率，看起来研究的价值和意义不是很大，很多人认为水泥库只要可以储存和发放水泥就行了。以至于科研人员在用户提出水泥库要具有对于水泥的质量有控制的功能时，不以为然的认为：现代化的水泥厂如果前面生产程序控制的很好，那么水泥库就是储存水泥就可以了，不是主要的生产设备。但是很多现代化水泥厂为水泥库的使用效果不理想而苦恼，导致水泥库中剩余上千吨水泥，使出库困难，或者水泥质量下降，造成重大质量事故(尽管很多是没有发生，但还是造成了重大损失。而且现在比较发达的国家对现代化水泥库的提出了跟高的要求了，而我们在这方面已大大落后[6]。
水泥库储存水泥的方式容易实施，需要的财力不多，水泥厂也有能力做到。如果我们把相关的力量集中起来，使用水泥库储存水泥，对于水泥供需之间的矛盾是一个很好的解决办法。因此，进行水泥库储存后的性能变化研究，掌握其物化性能的变化规律，将有利于水泥的生产、水泥库储存和使用。水泥库储存水泥。通常认为，水泥在水泥库中储存时，如果阴雨天较多，空气湿度较大时，水泥的强度就有可能下降。但只要水泥水化的只是一小部分，水泥还保持着粉末状态，没有形成片状和块状，水泥就可以使用。但是，水泥库储存后的水泥使用之前，必须对各项物理性能重新进行检测，确保水泥的各项性能符合国家标准的要求[7-8]。
1.2国内外研究现状
水泥是现代建设工业中极为重要的建筑材料，建筑工业三大基本材料之一，使用广，用量大，被称为“建筑工业的粮食”。生产水泥尽管消耗了很多的能源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗建筑材料，其单位质量的能耗只有钢材的1/6-1/5，铝合金的1/25，比红砖的能耗还低35%。根据专家的预测，水泥和混凝土还将是21世纪的主要建筑材料，水泥的生产和研究工作仍然是十分重要的。随着现代工业的迅猛发展，它在国民经济中所占的地位日益显著， 已广泛应用于现代工业建设、国民建设、民用建设、水工建设、道路建设、农田水利建设和军事工程等方面。在建筑施工中有了钢筋混凝土和钢结构的混合使用才有高层、 超高层、大跨度等大型建筑物。 随着社会的进步及人类生存的需要，为水泥的发展提出了扩大水泥品种、扩大应用范围和储存条件的新课题和新挑战。另外，人类的生存空间随着人口的急剧增长，迫切需要寻找一个适合人类生存的空间。 占地球表面积 3/4 的海洋是人类趋向扩展的生存空间，而海洋工程的建造如海洋平台、海洋工厂、海洋小区等其主要的建筑材料就是水泥， 这对水泥品质提出更高的要求。因此，水泥的发展对
工程会带来很大的危害[5]。
因此，需要找到影响水泥库存的影响因素，确保水泥在储存过程中一直保持较好的物理性能，甚至是物理性能的提高。
水泥库在水泥厂的生产中，往往被看做是非常简单的部分，没有引起足够的重视。由于水泥库没有办法进行质量的评定，也看不出运转效率，看起来研究的价值和意义不是很大，很多人认为水泥库只要可以储存和发放水泥就行了。以至于科研人员在用户提出水泥库要具有对于水泥的质量有控制的功能时，不以为然的认为：现代化的水泥厂如果前面生产程序控制的很好，那么水泥库就是储存水泥就可以了，不是主要的生产设备。但是很多现代化水泥厂为水泥库的使用效果不理想而苦恼，导致水泥库中剩余上千吨水泥，使出库困难，或者水泥质量下降，造成重大质量事故(尽管很多是没有发生，但还是造成了重大损失。而且现在比较发达的国家对现代化水泥库的提出了跟高的要求了，而我们在这方面已大大落后[6]。
水泥库储存水泥的方式容易实施，需要的财力不多，水泥厂也有能力做到。如果我们把相关的力量集中起来，使用水泥库储存水泥，对于水泥供需之间的矛盾是一个很好的解决办法。因此，进行水泥库储存后的性能变化研究，掌握其物化性能的变化规律，将有利于水泥的生产、水泥库储存和使用。水泥库储存水泥。通常认为，水泥在水泥库中储存时，如果阴雨天较多，空气湿度较大时，水泥的强度就有可能下降。但只要水泥水化的只是一小部分，水泥还保持着粉末状态，没有形成片状和块状，水泥就可以使用。但是，水泥库储存后的水泥使用之前，必须对各项物理性能重新进行检测，确保水泥的各项性能符合国家标准的要求[7-8]。
1.2国内外研究现状
水泥是现代建设工业中极为重要的建筑材料，建筑工业三大基本材料之一，使用广，用量大，被称为“建筑工业的粮食”。生产水泥尽管消耗了很多的能源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗建筑材料，其单位质量的能耗只有钢材的1/6-1/5，铝合金的1/25，比红砖的能耗还低35%。根据专家的预测，水泥和混凝土还将是21世纪的主要建筑材料，水泥的生产和研究工作仍然是十分重要的。随着现代工业的迅猛发展，它在国民经济中所占的地位日益显著， 已广泛应用于现代工业建设、国民建设、民用建设、水工建设、道路建设、农田水利建设和军事工程等方面。在建筑施工中有了钢筋混凝土和钢结构的混合使用才有高层、 超高层、大跨度等大型建筑物。 随着社会的进步及人类生存的需要，为水泥的发展提出了扩大水泥品种、扩大应用范围和储存条件的新课题和新挑战。另外，人类的生存空间随着人口的急剧增长，迫切需要寻找一个适合人类生存的空间。 占地球表面积 3/4 的海洋是人类趋向扩展的生存空间，而海洋工程的建造如海洋平台、海洋工厂、海洋小区等其主要的建筑材料就是水泥， 这对水泥品质提出更高的要求。因此，水泥的发展对
国家的建设和人类生存起着举足轻重的作用。 在实际生产中，一直困扰着水泥制造企业和销售商的是水泥由于在水泥库中储存导致变质的问题，这一问题的解决将会使企业降低成本、 减少损失[5]。
水泥熟料和混合材，石膏等经过粉磨，进入水泥库储存。水泥为松散物料且贮量大。在水泥厂中，水泥库用来储存水泥通常温度较高，从水泥磨经由输送皮带或斗式提升机至水泥库的水泥入库温度约为 100℃左右。国内水泥出库温度一般控制在低于 100℃， 尤其在夏季和销售旺季， 出库水泥温度更加难以控制，多数情况下温度高
[9-11]于 80℃。
水泥厂储存水泥时，主要使用混凝土圆库，尽管混凝土圆库的建造价格较高，但与钢板库相比，其使用期限较长，在其他方面优势也比较突出。生产实践证明，如果混凝土圆库的设计比较科学、施工十分规范，在长期储存水泥的过程中，不但可以保持水泥强度不下降，有时还有利于提高水泥强度，尤其是 3d 抗压强度升高最为显著；相反，如果混凝土圆库不能保持良好的密闭性能，造成水泥库内部和外部空气流通，导致水泥库内水泥接触流动空气，吸收空气中水分水化后，早期强度下降明显，严重影响水泥品质。通过研讨很多人认为，影响水泥长期贮存强度降低的主要原因是水泥库内水泥与湿空气直接接触的面积的大小和时间的长短，所以混凝土库的密闭性是保持水泥质量的关键一步。因此，水泥厂在水泥库建造时必须从设计、施工、检测、维修等方面严格控制，确保水泥库没有裂缝，不漏水、漏气，确保出厂水泥质量符合国家标准的要求[12] 。
而且，水泥库中水泥的储存条件（如温度，储存时间）有可能对于水泥的颗粒状态产生影响，而偏离了水泥原有的颗粒状态，而对水泥的性能产生影响。水泥的颗粒状态主要包括水泥的细度、比表面积、颗粒级配和颗粒形貌等。有关研究得知，粒度分布越宽，堆积密度越高，孔隙率越小，强度越高；粒度分布越窄，水泥的水化速率越快，抗压抗折强度增长就越快[13-17]。
北京化工大学的钟伊扬等研究了水泥的颗粒状态对水泥强度的影响，主要包括了
水泥细度和比表面积对于强度的影响，如表1.1所示.与水泥颗粒级配对强度的影响如
表1.1 粉磨细度、比表面积与水泥强的关系
(ISO法)抗压强度/MPa
3d
44.1 30.8 15.0 7.2 25.4
7d 51.4 40.1 22.6 2.4 34.7
28d 62.5 52.9 33.5 4.7 52.1
颗粒分布/um
表1.2所示。
由表1.1可以看出，水泥80微米筛余由9.0%下降到2.3%时，比表面积由286m2/kg上升到354m2/kg时，3d和28d强度都有较大的提高，分别提高了89%和53%。由表1.2可以看出，当水泥的粒度分布小于20um时，其3d、7d、28d的抗压强度要比20~50、50~70、70~80um时都要大的多。当水泥的粒度分布小于20um时，相比于70~80um时大6倍[18-20]。
表1.2 P·F42.5R水泥颗粒分级强度测试结果
(ISO法)抗压强度/MPa 3d 16.4 20.8 24.7 27.4 29.5 31.1
28d 38.0 39.5 46.2 53.1 55.9 58.3
试样代号
A B C D E F
80um筛筛余/%
9.0 7.4 5.1 4.0 3.1 2.3
比表面积
/(m2/kg) 286 295 307 322 339 354
河南偃师水泥厂的王信宗、常松枝等人研究了温度对于水泥凝结时间的影响，探究了水泥本体温度对于凝结时间的影响，如表1.3所示。
表1.3 水泥温度对凝结时间的影响
试验编号
1 2 3 4 5 6
水泥温度/℃
82 70 60 40 30 21
用水量/ml 134 132 130 130 128 128
下降深度 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0
初凝 0:34 0:46 0:54 1:16 3:37 4:37
终凝 0:44 0:56 1:04 1:31 4:04 6:03
由表3可以看出水泥的温度对于标准稠度用水量影响很大，水泥的温度越高，标准稠度用水量就越多，而且水泥温度越高，初凝和终凝的时间就越短，而且初凝和终凝之间的间隔时间越来越短。水泥初凝时间的变短，对于工程的施工带来很多困难，导致来不及施工水泥就已经硬化，因此，必须控制水泥出磨时的温度[21]。
黄山学院的杨永梅、刘培培等对水泥储存过程中的变质因素进行了研究，通过对不同储存形式下的水泥，检测其标准稠度、比表面积、抗压强度、细度等主要特征，对实验结果进行了整理和分析，寻找水泥储存过程中的变质因素，并对其进行控制，保证水泥储存过程中质量的稳定性。如表1.4、表1.5所示。
表1.4 入库水泥与水泥库内储存3个月水泥物理性能比较
抗折强度/MPa 1d
2010.3.26 2010.6.12
1.1 1.0
3d 3.1 2.9
28d 6.0 6.5
1d 4.1 4.8
抗压强度/MPa
3d 14.8 15.7
28d 30.5 31.4
成型时间
由于水泥库内的水泥除最上层与水泥库中不流动空气接触，可以认为水泥是在密封环境下进行贮存的。 将入库前水泥与在水泥库内储存 3 个月的水泥进行初凝、终凝时间和抗压抗折强度的比较，由表1.4、表1.5可得入库前的水泥与在水泥库中储存3个月的凝结时间和抗压抗折强度等基本上没有太大的变化，说明在水泥库中的水泥储存很长一段时间之后依然可以保持较好的物理性能。
表1.5 入库水泥与水泥库内储存3个月水泥物理性能的比较
凝结时间/(h:min)
成型时间
初凝
2010.3.26 2010.6.12
4:47 4:53
终凝 5:52 6:16
曲 合格 安定性
另外，他们还研究了在相对密封条件下散装水泥储存时的物理性能变化。他们将水泥放在密闭的铁桶中进行储存，3个月后，进行物理性能的性能的测试。通过对比封桶前与封桶后的性能发现：水泥封桶储存一段时间后，其抗压抗折强度基本上没有变化，有一些抗压抗折强度还有小幅度的增大。他们认为这主要是由于水泥中的有害成分在储存过程中逐渐变少的原因。由于铁桶是密封的，桶内的水泥不会和湿度较大的空气接触，因此，其物理性能变化很小。
他们在研究水泥在库房中储存时物理性能的变化后，他们认为，只要库房内地面干燥，没有和外界大气相通，那么库房中储存的水泥就只会和少量的干燥的空气接触，其物理性能也没有很大的变化，检测各项物理性能后，均符合国家标准的要求，可以认为对于水泥的品质的影响可以忽略不计。
他们在研究水泥在露天长期储存的情况下对于水泥物理性能的影响时，他们用单层PVC编织袋包装水泥，放置在露天的水泥平台上，在水泥上盖上篷布，研究后发现实验的结果与水泥库内储存时的效果基本相同，大部分水泥强度没有特别明显的下降。但是长期的露天的环境下储存的水泥容易使少量的水泥结为硬块。
因此，他们得出结论，认为水泥水泥的适宜的储存条件是空气干燥，环境的温度较低，不和外界空气，尤其是湿空气接触，储存的水泥和空气尽量不接触，不可以储存太长的时间，在密封库存和袋装封存时，水泥的性能，特别是抗压、抗折强度变化不大，可以认为对水泥没有影响[22]。
神华集团神东水泥厂的刘耀、杨子林等也进行了相似的研究，得出的结论与上述结论基本一致[23]。
合肥东华建材股份有限公司的毛军辉、宋文初等研究了水泥库密闭性对水泥强度的影响。他们对某个年120万吨水泥粉磨站进行了研究， 该站共有4个Φ15m×30m 混凝土水泥库，其中3个库装P·O42.5 水泥。他们发现，该水泥粉磨站从2010年投产运行5个多月以来，水泥质量一直比较正常，由于当时各种原因导致社会对水泥需求量很大，该厂每个水泥库最大储存量仅为4 000t。到2011年2月，4 个水泥库全部装满水泥，从 3 月份开始散装水泥发放过程中多次出现水泥结块现象，清理下料口时，可以看到球状和片状的水泥块，进入5月份以后雨水开始增多，水泥结块现象变得更为严重，水泥早期强度有明显的下降。6 月份时雨水增多，出库水泥强度的下降变得更为严重，水泥在水泥库中储存时间越久，水泥的强度下降的越多。
在水泥强度开始下降时，他们从使用的水泥的熟料、石膏、石灰石、粉煤灰、矿渣粉和使用的助磨剂等物料上查找问题的来源，但是，即使生产过程中不在磨机内部喷水冷却，出厂水泥的强度仍在下降。
为了找到引起问题的原因，他们在入水泥库提升机处安装粉体自动取样器，日常生产时连续3d 对入库的 P·O42.5 水泥取连续样， 每天的样品充分混合后分成五份，一份当天成型，两份用取样袋密闭保存，另外两份敞开放置于室内，在放置 3d 和 7d 后分别成型，分析实验得到的强度结果可以看出，密封保存的样品放置 3d 和 7d 强度没有下降，部分水泥胶砂试样早期强度（1d 和 3d）还略有提高，这可能与水泥中 f-CaO 消解有关。敞开放置在室内的水泥，放置3d 后早期强度明显下降，28d强度也均有下降，但下降幅度不大，但是敞开放置 7d 后所有龄期强度均迅速下降。
而试验阶段这 3d 生产的水泥存入同一个水泥库中，7d后取样检测，发现水泥强度下降较多，可以看出生产水泥的原料不是于水泥强度的下降的因素，主要原因是水泥库库密闭性不够好，存在裂缝等，以至于下雨天或空气湿度较大时，水分直接从水泥库顶或者水泥库的侧壁进入水泥库中，由于收尘器在需要经常打开方便工人工作，导致在水泥库内形成了负压，导致大量的湿空气进入水泥库内。刚出磨的水泥化学活性很高，水泥和水分接触时，水泥中的f-CaO、C3S 等成分与进入水泥库中的水
发生反应 ， 生成 Ca(OH)2，Ca (OH)2又和空气中的CO2产生反应，产生CaCO3和水，并且放出热量，水泥库中新生成的水又和高活性的水泥反应，而放出的热量会加速这种不良的反应，使水泥受潮加快，形成恶性的循环。水泥与水接触后，水泥密度变小，一部分水泥结成了片状和块状，初凝和终凝时间变长，水泥的抗压抗折强度下降。
他们在修复水泥库的裂缝之后，将水泥库中原有的水泥排除干净，将新生产的水泥储存在库中。然后对于出库水泥进行物理性能的测试，通过表1.6、表1.7可以明显的看出，出厂水泥的强度没有下降，证明了他们之前的判断是对的。他们认为，影响水泥长期贮存强度降低的主要原因是水泥库内水泥与湿空气直接接触的面积的大小和时间的长短，所以混凝土库的密闭性是保持水泥质量的关键一步。因此，水泥厂在水泥库建造时必须从设计、施工、检测、维修等方面严格控制，确保水泥库没有裂缝，不漏水、漏气，确保出厂水泥质量符合国家标准的要求[12]。
表1.6 7月份出磨和出厂水泥的平均强度
时间
出磨水泥 3.0
表1.7 水泥库修复后出磨水泥和出厂水泥强度 抗折强度/MPa 出磨水泥 出厂水泥
2.9 2.9
5.2 5.5
8.5 9.0
10.7 10.9
抗压强度/MPa
25.7 26.1
49.3 49.6
抗折强度/MPa
5.5 8.8 12.2 抗压强度/MPa
28.2 50.2
时间
水泥储存的方式和条件直接影响水泥的抗折、抗压强度的性能，通过跟踪检测结果表明，适宜水泥储存的条件是空气中含水量少、环境温度适宜、空气没有剧烈的流动、较少与空气接触、储存时间较短等，密封库存或袋装封存效果较好。如果在这种条件下储存，其抗折和抗压强度基本均无变化，有的强度值还略有提高。 这一方面是因为水泥中的有害成分在储存过程中自然减少。 另一方面，水泥库或封桶内的水泥基本上不会和外界的含水量较大的空气接触，因此其物理性能变化很小[12]。
凯诺斯( 中国) 铝酸盐技术有限公司的刘春峰、孙年国研究了在水泥库环境下长期储存水泥时水泥性能的变化。他们主要研究水泥助磨剂、水分和 SO3对水泥结块
及长期储存对于水泥性能的影响。根据实验目的,他们取了水泥熟料，然后添加不同的助磨剂、石膏，配制了 4 组试样。他们将各组试样配制好后,用实验室的试验磨机进行粉磨，直到所有试样都磨制到比表面积为相差不大，然后将试样分成两份，一份试样立即进行强度检验，一份试样装入自制小筒，在小筒内覆盖一层塑料膜，形成密封的环境，然后将小筒放到混凝土振动台上振动数分钟, 然后将小桶盖上盖子形成密闭的环境。他们将小筒放入80℃的烘箱内, 储存3 个月[24]。
3个月后，他们取出铁桶，观察铁桶中的水泥是否结块，然后测定各项物理性能。他们发现不加助磨剂的水泥试样结块总数量较多, 较大块的水泥数量也比较多, 把结块的大块水泥用研钵初步研钵之后，发现仍有小颗粒存在, 塑料袋破损处有挂壁现象。添加助磨剂的水泥试样, 结块时小块较多, 大块比较少, 结块只需要轻微振动，就可以变成细小颗粒，不需要经过用力的研磨。通过对比试样的原始强度和储存 3 个月后的物理性能，他们得出结论：水泥中加入助磨剂以后,水泥经过长期储存时,强度下降较大,但有利于减少水泥在长期储存过程中的结大块的现象；由于在水泥粉磨过程中，往往要在磨内喷水，使水泥降温，导致水泥中水分增多，,水泥经过长期放置以后强度下降的幅度较大，3d抗压强度甚至可以降低14MPa；石膏在水泥中含量的增加,可以在一定程度上提高水泥的强度,但是也会引入了少量的水分, 导致水泥长期储存后的强度降低[24]。
因此，他们认为，为了保持水泥在水泥库中长期储存时其物理性能可以保持在较好的水平，在水泥的生产、储存和使用过程中应当注意下面事项：由于出磨水泥在水泥库内储存达到 3 个月之久时，其强度下降了一半左右, 水泥中含有的的水分越大，强度下降越多。因此, 出磨水泥的水分必须保持在 0.70%以下, 出磨水泥在水泥库中储存的时间要小于 1 个月。如果水泥需要在水泥库中长期储存, 则石膏添加量不宜过多, 否则会使出磨水泥水分增加，因此可以用天然硬石膏部分替代二水石膏[24]。
对于出磨水泥在水泥库中储存时变质因素的研究还是比较少的，现在的研究主要集中在了水泥库的密封性导致的外界空气进入引起的强度等的下降、水泥的粒度变粗、水泥在出磨时温度过高和水泥的成分在库中存在变化等方面，但是工厂和研究单位对此还没有投入足够的人力和财力进行研究，这需要社会各方面的努力，解决好水泥生产中的最后一个环节。
1.3本课题主要研究内容
本课题通过模拟水泥在水泥库中的温度和储存时间，对不同温度和储存时间下的水泥进行物理性能的检测，研究水泥库中的温度和储存时间对于水泥物理性能的影响，确定实验方案。确定研究方案如下：
（1）测定不同温度下储存不同时间的水泥的标准稠度用水量、凝结时间。 （2）测定不同温度下储存不同时间的水泥的筛余值。
（3）测定不同温度下储存不同时间的水泥的抗压抗折强度，找出最佳储存温度和储存时间。
（4）通过上述实验找到的比较理想的储存温度和储存时间，净浆成型，保留试样，测定其微观结构。
（4）通过XRD测定不同储存温度和储存时间下水泥粉末中中的矿物组成。通过SEM等测试手段研究水泥在不同温度和储存时间下水泥净浆的水化产物形貌、组成和结构特征的影响，检测水化产物种类，分析水化过程的矿物组成，及变化规律。
2 实验原料、设备及实验方法
2.1实验原料
（1）水泥：选用水泥厂生产量和储存量较大的普通硅酸盐水泥P·O 42.5。主要的特点为：早期强度高，水化热较高 ，耐冻性较好 ，耐热性较差 ，耐腐蚀性较差，干缩较小。水泥成分如表2.1所示。
表2.1 水泥的化学成分
水泥化学组成 含量/%
SiO2 24.30
CaO 52.5
Al2O3 8.85
Fe2O3 2.53
MgO 4.26
SO3 2.28
（2）砂：中国ISO标准砂，符合国家标准（GB178-77）要求的标准砂，用以检验水泥胶砂强度必需的通用材料。
2.2 原料性能
普通硅酸盐水泥P·O 42.5是一种水泥厂产量较大，早期强度较高的水泥。其主要性能如表2.2、表2.3所示。
表2.2 普通硅酸盐水泥的主要物理性能
水泥标号 P·O 42.5
表2.3普通硅酸盐水泥的抗压抗折强度 抗折强度/MPa
抗压强度/MPa
标准稠度用水量/%
28.8
凝结时间/min 242
302
0.35
安定性
筛余/%
水泥标号
2.3 实验设备
（1）水泥砂浆搅拌机，砂浆搅拌锅； （2）水泥净浆搅拌机，净浆搅拌锅；
（3）电子天平、烧杯、量筒、搅拌棒、刮刀、刮平尺、颜料笔等； （4）砂浆模具若干（40mm×40mm×1600mm立方体模具）； （5）净浆模具若干（20mm×20mm×20mm立方体模具）； （6）砂浆振实台（应符合JC/T 628要求）、净浆振实台； （7）YH-42B标准恒温恒湿养护箱； （8）净浆标准稠度与凝结时间测定仪； （9）抗折强度试验机（符合JC/T 724的要求）； （10）抗压强度试验机； （11）F101-2型电热鼓风干燥箱 （12）负压筛析仪
（13）美国FEI生产的QUANTA FEG 250型热场发射扫描电子显微镜； （14）德国BRUKER-AXS有限公司生产的D8 ADVANCE型X射线衍射仪 （15）耐高温密封餐盒
( 16) FZ-31A型沸煮箱，雷氏夹若干
2.4实验具体内容
由于，在水泥库中，只有最上层的水泥才会和少量空气接触到，其余均可视为在密闭条件下进行的储存，因此，水泥库中空气的湿度暂且不予考虑，在此只考温度和储存时间的影响。根据工厂的数据和资料得知，水泥出磨进入水泥库后，由于温度较高，导致水泥库温度大约为80℃左右，但一般会低于100℃。
实验室的电热鼓风干燥箱可调节的温度范围为10℃-250℃，完全可以满足模拟水泥库中70℃-100℃，因此，可以将一定量的水泥放在封闭的容器内，形成密闭的环境，而且容器是易于传热的，然后放在电热鼓风干燥箱中，在70℃、80℃、90℃、95℃、100℃下储存一定的时间（1d、3 d、5 d、7 d），，并且定期取出一部分试样，测试水泥在不同温度下储存不同的时间各种物理性能检测，包括了标准稠度用水量、初凝时间和终凝时间、抗压和抗折强度、安定性、筛余百分数和比表面积。而且取一部分水泥在室温(20℃)下储存（1d、3 d、5 d、7 d）,测量与上述相同的物理量。进而确定温度和储存时间对水泥质量的影响，进而可以确定水泥库中的温度维持在何种水平对于水泥的储存最为有利，确保出库水泥的性能维持在理想的水平。
（1） 需要测定的水泥在不同温度下储存不同时间时的物理量如表2.4所示。 （2）水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验的测试，依据GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行试验。
水泥胶砂强度的测试，依据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》（ISO法）进行实验，试样养护至3d、7d和28d。
水泥细度的测试，依据CB/l345-1991《水泥细度检验方法》(80um筛析法)进行
试验。
表2.4 实验所需测定的在不同储存温度不同时间下的物理量 温度/℃
储存时间
/d
所测量 20 70 80 90 95 100 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7 标准稠度用水量，凝结时间，筛余，安定性，抗压强度，抗折强度
水泥中f-CaO的测试，依据 GB/T 176-1996 《水泥化学分析方法》进行试验。 水泥比表面积的测试，依据 GB/T 8074-1987 《水泥比表面积测定方法》（勃氏法）进行试验。
（3）找出最适储存温度与时间的水泥，用来做微观测试，通过XRD、SEM对掺合料的水泥的水化产物进行分析。
2.5预期实验结果
结果一：通过对不同温度不同储存时间水泥进行各项物理性能的测试，并且与室温储存水泥的各项物理性能相比较，如果存在差异，则说明应该存在一个适宜的储存温度与时间，使水泥的性能较为理想，即为水泥库中可以参考的适宜的温度和时间。
结果二：通过对不同温度不同储存时间水泥进行各项物理性能的测试，并且与室温储存水泥的各项物理性能相比较，如果变化非常小，则说明储存温度（70-100℃）和储存时间（
2.6试验方法
2.6.1基本性能测试
（1）标准稠度需水量的测定
水泥的标准稠度用水量是指按照国家标准规定的方法和指定的仪器，将水泥调制成标准稠度的净浆所需的拌合水量，是以用水量与水泥质量的百分数来表示。水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定的阻力，通过试验含有不同水量的水泥净浆对试杆阻力的不同，可确定水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量。
实验中应当注意：搅拌开始前,要用湿抹布将搅拌锅和叶片擦拭一遍，否则如果搅拌锅和叶片干燥时会吸收水泥净浆中的水分,使标准稠度用水量的结果偏高。使用擦过搅拌锅和叶片上所残存的水分相对较少的纯棉的湿抹布，可以使使检测结果更加准确。向搅拌锅中倒水时，不要让水溅出 ，否者会使结果偏高。务必将量筒中的水倒干净， 因为少量的水就会对实验产生很大的影响。当搅拌机低速搅拌结束后 要将叶片和净浆锅壁上的水泥浆刮入搅拌锅中间，使得水泥浆可以搅拌均匀。水泥净浆需
一次性填满试模，水泥净浆装入试模后 ，要用插刀沿着模具内壁旋转一周，然后轻拍5下，刮去多余的净浆，必须抹平。 从搅拌结束到测试完成 一定要控制在 1.5 min 之内， 因为水泥加水拌和后就开始发生水化反应， 时间越久，水泥净浆由于水化反应对维卡仪试杆的阻力会越来越大，因此如果加水后到开始实验的时间过长会使稠度用水量越来越大。
（2）凝结时间的测定
水泥从加水开始到失去流动性，即从流体状态发展到较致密的固体状态，这个过程所需要的的时间成为凝结时间。水泥的凝结时间又可以分为初凝时间和终凝时间。初凝为水泥从加水开始到水泥浆开始失去可塑性的时间吗，终凝为水泥从加水开始到水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间[34]。
凝结时间测定方法：用标准稠度用水量制成的净浆一次性装满试模，用刮刀沿着内壁旋转一周，之后刮平，立即放入湿气养护箱中，距离加水30mm 时进行第一次测定。当试针沉至距底板 4mm±1mm时，水泥浆体达到初凝状态。由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间。在初凝时间测定完成之后，立即将试模翻转 180 度后再放入湿气养护箱中继续养护。当试针沉入试体 0.5mm 时，即环形附件不能在试体表面上留下痕迹时，水泥浆体达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥终凝时间。
在测定凝结时间时，应当注意以下问题，保证凝结时间的准确性。
试验条件的影响：水泥试验室的温度控制在 20℃±2℃范围内，相对湿度大于50%，水泥试样、拌和水、仪器和用具的温度应与试验室一致，尽量减少温度对水泥标准稠度用水量的影响；水泥恒温恒湿养护箱的温度必须控制在 20℃±1℃范围内，相对湿度大于 90%，因为养护温度和湿度对于水泥浆体水化速度的影响比较大，会对凝结时间产生很大误差。由于温、湿度对水泥水化、凝结、硬化影响很大。因此，要严格按标准要求控制试验室温、湿度。在其他条件相同的情况下，通常水泥浆体养护的温度越高，该水泥的凝结时间越短，反之则越长。
仪器设备的影响：水泥净浆搅拌机的叶片尺寸、搅拌间隙必须符合标准要求，否则易造成水灰混合不均。导致标准稠度用水量产生变化，从而影响凝结时间的准确测定。因此搅拌机要定期检查和保养,保证良好的工作状态。维卡仪滑动部分必须靠重力自由下落，其质量以及试杆截面尺寸、偏离度必须符合标准要求，否则将导致标准稠度用水量失真。对于初凝时间影响更为明显。因此，在每次测定前，首先应将仪器在水平面上垂直放稳，检查滑动杆表面是否光滑，能否靠重力自由下落。平时要定期检查和保养仪器。
人为操作因素的影响：标准稠度的水泥净浆是准确测定凝结时间的关键。如果在水泥加入水中后较长时间才进行搅拌，且没有严格按规定的时间搅拌，这样拌制的净浆就不符合标制稠度的要求，这便会影响到浆体水化产物的正常水化，从而给凝结时
间的测定结果带来很大的影响，导致凝结时间与实际结果偏差很大。在测定水泥标准稠度用水量的过程中，拌制好的水泥浆体装模的时间不应过长，净浆表面必须刮平，刮去多余的净浆，以及试杆（试锥）的释放速度尽量一致，净浆需要一次性装满试模。如果不能满足以上条件，就会影响到试杆（试锥）贯入水泥浆体的深度，引起标准稠度用水量的波动，导致凝结时间测定结果的不准确。因此在操作在操作时每次测量要尽量一致，保证测定结果在允许的误差范围之内[25-29]。
（3）抗折、抗压强度的测定
水泥强度是水泥重要的物理力学性能之一。它是硬化的水泥石可以承受的外力破坏的能力，根据受力形式不同，水泥强度通常分为抗压、抗折、抗拉三种[34]。
抗压强度是指水泥胶砂硬化试体承受压缩破坏时的应力。以MPa 表示。实验中将40mm×40mm×160mm的砂浆试块放于养护箱中养护1d，脱模后在水中养护至3d、7d、28d。相应龄期的抗折强度用压力试验机测定。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的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断（保持两个半截棱柱体处于潮湿状体直至抗压试验）。抗压强度试验通过所规定的抗压强度试验机及其相应夹具(符合JC/T 638的要求，受压面积为40mm×40mm），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。
在整个抗压抗折实验中应当注意以下问题，保证测定值的准确性。
样品的封存与保管：试验样品的封存与保管对水泥强度的影响较大。当试验水泥从取样至试验需要保存 24 h 以上时，应把它贮存在基本装满和气密的容器里，而且这个容器应当不与水泥起反应。
温度与湿度:试验室温度应保持在 20℃±2℃，相对湿度大于 50%；试体带模养护的恒温恒湿养护箱温度保持在 20℃±1℃，相对湿度大于 90%；试体养护池水温应在 20℃±1范围内。为确保试验条件符合标准规定，对于实验室中的温湿度计应该定期检查，保证温湿度计的正常工作，确保实验室中的条件符合要求。当温湿度低于标准规定的数值时，将影响水泥的水化反应速度，进而导致水泥强度明显下降，反之，则强度值会明显偏高。
试模组装与涂油：如果组装好的试模任何一个公差超过规定数值时，将直接影响成型试块的规格尺寸，应当立即更换。试模表面涂油时要恰到好处，如果试模上表面上的黄油或机油过多，试体在成型时便会在表面留下很多空洞，影响试体的密度，并使试体表面形成一层不易透水油层，阻止了水与试块接触，影响水泥的水化反应。相反，如果黄油涂抹过少，将造成脱模困难，强行脱模，易使试体内部损伤，甚至直接断裂，对于水泥的强度的影响非常大。所以在往试模上涂油时，一定要尽量将试模表面的油刷均匀，最好在 20 号机油中掺入 1/4 黄干油，加热混合均匀后再使用，刷
子最好采用宽度为 3 cm的 2 号油板刷。
胶砂搅拌机与振实台：行星式胶砂搅拌机的叶片与锅底、锅壁的工作间隙为 3mm±1mm，间隙偏大，锅底粘住的水泥砂浆得不到充分搅拌；间隙过小，搅拌时叶片容易碰锅或打碎粒，影响检验结果的准确性。因此，在使用过程中要对胶砂搅拌机的间隙定期进行检查，确保每一次试验都符合标准规定。在用振实台振实时，布料的均匀性，设备的振幅大小都直接影响试体的密实度，气泡的排放量。为此，操作中，应及时检查有无螺丝的松动或振实台的窜动、卡具的脱落等情况发生。若有应及时进行调整，防止漏浆和试模滑动。定期对振幅、振动时间等进行检定。
水泥抗压试验机：水泥抗压试验机的荷载范围、加荷速率、精度等因素直接影响抗压强度值的准确性。在整个加荷过程中，加荷速率为2400 N/s±200 N/s ，均匀地加荷直至破坏。使用过程中应保持仪器的清洁、干燥、温度均衡。定期进行检查，保证机器可以正常工作。
称量与量水：准确称量每锅胶砂需要的水泥（450 g±2 g）、标准砂（1 350 g±5 g）、水（225 g±1 g），把水与水泥加入锅内时，要防止水泥和水的洒出，确保质量的准确。
试体刮平操作：水泥成型过程中刮平、抹平操作对试验结果影响很大。刮平、抹平时胶砂高出试模，会造成检验结果偏高；反之，胶砂表面受损或低于试模，会造成检验结果偏低 。在实际操作中应注意：第一，握住金属直尺时，用力要均匀，确保3 块试体表面水平，没有损伤；第二，刮平时，金属直尺自始至终要保持与试模垂直,即近似 90°的角度，不要中途改变角度。按标准要求，沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次完成刮砂任务，而不能抬高直尺，否则会造成试模表面凹凸不平，影响试块强度；第三，抹平时，直尺以近乎水平的情况将试体表面抹平，最好一次完成抹平，次数不应过多。因为，抹平次数过多，试体表面就会泌水脱皮，影响强度的准确度。
试体养护：试体带模养护时，恒温恒湿养护箱的温度和湿度必须符合标准要求，养护箱的篦板应当水平，如果发现篦板不平要及时调平，防止试模中胶砂向低的一侧流动，从而使试体出现一头高、一头低的现象，使强度测定结果不准确。脱模应非常小心，可用塑料锤或橡皮榔头或专门的脱模器，不可以强行脱模，否则会造成试块内部受损，甚至断裂，必须在规定的时间按时脱模。试块脱模后，在刮平面上做好标记，立即水平或竖直放在水中养护，每个养护池只能养护同种类型的水泥试块，开始时用自来水装满养护池，以后随时加水保持适当的水位，必须注意，养护池不允许在养护期间全部换水。
试体破型：试体应在试验破型前 15 min 钟从水中取出（除 24 h 龄期或延迟至 48 h脱模的试体外），用抹布擦去试体表面沉积物，并用湿布覆盖至试验为止。进行抗折试验时注意把试体放平放正，垂直于支撑圆柱。进行抗压强度检验时，应在在整个加荷过程中应以 2 400 N/s±200 N/s 的速度均匀加荷，直至破坏 [30-32] 。
（4）水泥细度检验——筛析法
水泥的细度就是水泥的分散度，是水泥厂用来做日常检查和控制水泥质量的重要参数，水泥的细度要控制在一个合理的范围之内，以保证水泥具有良好的性能。实验按照国家标准GB1345-91《水泥细度检验方法》（80um筛筛析法）进行。筛析法包括了负压筛法、水筛法、和手工干筛法。 本实验采用的是负压筛法。称取水泥试样25g置于负压筛中，开动筛析仪，连续筛析2min,调节负压为4000-6000Pa，本实验中一律采用5000Pa。筛余完毕，用天平称量筛余物，计算筛余。
为了保证实验数据的准确性，实验中应该注意以下事项。负压筛工作时，应保持水平，避免外界振动和敲击。样品应当没有结块、受潮的现象。做完一次实验应当用毛刷清理一次筛网。如果负压筛连续使用时间过长（一般超过30个样品时），应当检查负压值是否正常，以免影响实验数据的准确性[33]。
2.6.2 微观结构分析
根据水泥胶砂试样力学性能的分析，找出在不同温度和储存时间下抗折、抗压强度较高的水泥试样进行净浆试验，取相应龄期的净浆中心部位的碎片，浸入无水乙醇中终止水化，测验之前，取出试样，在电热鼓风干燥箱中将试样表面的乙醇烘干，选取片状试样，用美国FEI生产的QUANTA FEG 250型热场发射扫描电子显微镜(SEM)对水泥水化产物的形貌、结晶状况进行观察和分析。
扫描电镜的工作原理是：由电子枪阴极发出的直径20cm～30cm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征[35]。
制品的物理性能和其显微结构息息相关，对试样断面进行观察，并分析相关原因，以便作相应的改进，从而达到提高制品机械性能的目的。
X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续X射线和特征X射线两种。晶体可被用作X光的光栅，这些很大数目的原子或离子（分子）所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影响散射的X射线的强度增强或减弱。由于大量原子散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线。 满足衍射条件，可应用布拉格公式：
2dsinθ=nλ (2.4)
应用已知波长的X射线来测量θ角，从而计算出晶面间距d，这是用于X射线结构分析；另一个是应用已知d的晶体来测量θ角，从而计算出特征X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素[35]。
2.7 本章小结
本章主要介绍了实验的主要原料和实验方案，列举了实验中的主要设备，详细介绍了实验的具体内容，说明了实验方法，并根据实验方案预测了实验结果。在现有的试验设备的基础上，完成了标准稠度需水量的测定、凝结时间的测定和对不同温度储存下不同时间段的水泥砂浆试块的抗折、抗压强度的测定，同时通过对不同温度下储存不同时间的水泥净浆试块的留样进行了性能影响的测试，并通过微观分析较高储存温度和不同储存时间对于水泥水化硬化的影响。
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3 环境温度和储存时间对于水泥性能的影响
生产实践表明，刚出磨的水泥进入水泥库中进行储存，但是一段时间之后，出库的水泥的性能有不同程度的下降。考虑到水泥库是一个密封的环境，只是有时开启收尘系统时，可以与空气接触，在多数情况下基本处于密闭的环境中，而且由于刚出磨水泥温度较高，进入水泥库后高温会维持很长一段时间，到出库时温度依然较高。所以本实验采取了将水泥在不同高温下储存不同时间，分析其性能变化。
3.1标准稠度用水量分析
如表3.1所示， 可以看出，对于在不同温度下储存不同时间的水泥标准稠度用水量基本没有变化，标准稠度用水量范围为144-146，都维持在145ml左右，最大值也仅为146ml。常温下储存的水泥与在较高温度（70-100℃）下储存的不同时间的水泥的标准稠度用水量基本相同。说明在同一温度下储存不同的时间对于普通硅酸盐水泥的标准稠度用水量没有影响。这可能是由于水泥本身就是及其干燥的粉末，其内部含有的水分非常少，高温下储存时不会对水泥中水分有影响。
表3.1 在不同温度下储存不同时间的水泥的标准稠度用水量 % 储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 28.6
28.8 28.8 28.8
70 28.8 29.0 28.8 29.0
80 28.8 29.0 29.2 29.0
90 29.0 28.8 28.8 28.8
95 29.0 28.9 29.0 29.0
100 29.0 29.0 28.9 29.0
3.2凝结时间分析
如表3.2和图3.1所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的初凝时间。水泥在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，相同温度下储存不同时间的水泥凝结时间比较接近，与常温下的水泥的初凝时间基本一致，如果排除人为因素的影响，那么不同
表3.2 在不同温度下储存不同时间的水泥的初凝时间 min
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 242
245 239 242
70 240244 240 245
80 238245 238 242 - 18 -
90 246243 245 236
95 232234 233 236
100 238237 230 232
温度下储存不同时间的水泥的初凝时间与在常温下的水泥的初凝时间是一致的，没有变化。国家标准中规定普通硅酸盐水泥的初凝时间要大于45min，所以在较高温 度（70-100℃）下储存不同的时间（1d、3d、5d、7d）的初凝时间都符合国家标准的。
如表3.3和图3.2所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的终凝时间。对于终凝时间而言，情况与初凝时间相似。水泥在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，相同温度下储存不同时间的水泥终凝时间比较接近，基本没有变化。只是在温度升高到100℃时，凝结时间下降了大约10min。这说明，水泥的储存时间和储存温度对于水
表3.3 在不同温度下储存不同时间的水泥的终凝时间 min
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 300
304 299 305
70 298300 305 305
80 306315 304 301
90 297300 299 301
95 300297 301 306
100 288295 290 285
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泥的终凝时间是没有影响的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥的终凝时间要小于10h,由此可见，在不同温度（70-100℃）下储存不同的时间（1d、3d、5d、7d）的终凝时间都符合国家标准的要求。
由于同一个储存温度下水泥的初凝与终凝时间基本相同，所以将初凝与终凝时间取平均值后做差，得到初凝与终凝之间的时间间隔，如表3.4所示，由表中可以看出水泥的初凝与终凝之间的间隔与常温下的水泥基本没有差别，都维持在60min左右。
表3.4 不同储存温度下水泥的初凝与终凝之间的时间间隔 min
3.3安定性分析
水泥的安定性如表3.5所示，可以看出雷氏夹两指针尖端的距离的平均值均小于5mm,符合国家标准的规定，都是合格的。可以看出，在较高温度下储存不同时间时对水泥的安定性没有影响。
表3.5 在不同温度下储存不同时间的水泥安定性 mm
储存时间/d
1 3 5 7
储存温度/℃
20 2.5
1.5 3.0 2.0
70 3.3 2.5 2.0 1.5
80 2.8 2.5 1.8 2.0
90 2.0 2.0 2.3 2.5
95 2.0 2.8 3.5 3.0
100 2.8 4.0 2.0 2.5
3.4抗折强度分析
如表3.6和图3.3所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的3d抗折强度。在70℃时，储存1d、3d、5d、7d时，抗折强度的变化不是很明显，但是强度都有增加，最大增加为0.3Mpa，强度的增加与储存时间的关系没有规律性。当储存温度为80℃时，抗折强度有明显的增加，增加量在储存时间为3d时最大，增加了0.4Mpa。当储存温度为90℃时，水泥的抗折强度与80℃时相似。当温度升高到95℃时，可以看出，随着储存时间的延长，水泥抗折强度越来越小，储存1d时增加量最多为0.3Mpa。当储存温度为100℃时，水泥的抗折强度和在常温下储存的水泥相比，基本上是一致的，可以认为储存温度和储存时间对于水泥的3d抗折没有影响。从总体的趋势来看，四
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条曲线基本上是单峰型的，都是随着温度变化先增大后减小， 但是看不出强度的增加与储存时间的关系。可以看出当储存温度为70-100℃时，对于水泥强度是有利的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的3d抗折强度要大于3.5Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
表3.6 在不同温度下储存不同时间的水泥的3d抗折强度 Mpa
储存温度/℃
20 5.8
5.9 6.0 5.7
70 6.1 5.9 6.2 6.0
80 6.1 6.3 6.2 5.7
90 6.1 6.0 6.3 6.2
95 6.2 6.1 6.0 5.9
100 5.8 6.0 5.9 6.0
储存时间/d
1 3 5 7
如表3.7和图3.4所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗折强度。与在常温下储存的水泥相比，在储存温度为70℃时，强度值就有了增加，最大增加值为0.4Mpa并且随着储存时间的延长，强度增加的越多。当储存温度为80℃，强度的增加更加明显，而且还是当储存到7d时强度增加最多，为0.5Mpa，其他储存时间也有相应的增加，但是增加量与储存时间的关系不明显。当温度升高到90℃时，水泥的强度依然是增加的，储存7d时增加量最大，其值为0.5Mpa。当储存温度到达95℃时，最明显的变化是储存7d的水泥强度要比在常温下储存的水泥的强度要低，其他储存时间时水泥强度的增幅也比较小，最大增加量也仅为0.3Mpa。当温度升高到100℃，其强度随着储存时间的延长逐渐变小，与95℃相似，都没有出现水泥7d抗折强度大幅度下降的现象。从总体的变化趋势来看，各温度下储存1d、3d、5d、7d的曲线都为单峰型，都是随着储存温度的增加先减少后增加。
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表3.7 在不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗折强度 Mpa
储存时间/d
储存温度/℃
20 70 80 90 95 100
如表3.8和图3.5所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗折强度。当储存温度为70℃时，与在常温下储存的水泥相比，水泥的强度值增加明显，当储存7d时增加最多，为0.4Mpa，其它储存时间下水泥的强度也有增加。当储存温度为80℃、90℃时，与在70℃时的情况相似，也是在储存7d时水泥的强度最大，随着储存时间的增长强度也在增大。当温度为95℃时，储存1d时强度最大，储存时间越长强度增长越小。当温度为100℃时，强度只是稍有增加。从总体来看，四条曲线基本为单峰型，在70、80、90℃时，强度增加量明显，可以看出随着储存时间的延长强度逐渐变大。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的28d抗折强度要大于6.5Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
表3.8 在不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗折强度 Mpa
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 8.8
9.0 8.9 8.9
70 9.0 9.2 9.1 9.3
80 8.9 9.0 9.2 9.2 - 22 -
90 9.0 9.1 9.2 9.3
95 9.3 9.1 8.7 9.1
100 8.9 8.8 9.0 8.8
3.5抗压强度分析
如表3.9和图3.6所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的3d抗压强度。在70℃时，储存1d、3d、5d、7d时，强度的变化不大，都维持在23-24Mpa。当温度为80℃时，其强度的变化比较明显，7d的强度值要比在常温下储存时大2.5Mpa。当储存温度为90℃时，强度上升的更为明显，增长了3.5Mpa，而且不同储存时间时强度比较集中。当储存温度为95℃时，储存的时间为1d时，与常温下水泥的强度相比增
表3.9 在不同温度下储存不同时间的水泥3d抗压强度 Mpa
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 22.1
23.1 22.9 22.3
70 23.123.4 22.7 23.7
80 23.123.7 23.5 24.5
90 24.725.2 25.5 24.8
95 25.723.6 24.7 23.9
100 23.224.3 24.5 24.0
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加了3.6Mpa，但是强度的增加值随着储存时间的延长而越来越小。当温度上升到100℃时，其强度相对于在常温下水泥也有增长，只是增长的幅度与80℃时基本相同。从总体的变化趋势来看，随着储存温度的升高，水泥的强度逐渐也在逐渐的增大，四条曲线基本都是逐渐递增的，没有出现水泥强度的大幅度下降。按照这说明水泥在较高温度下储存时对于水泥的强度还是有利的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的3d抗压强度要大于16.0Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
如表3.10和图3.7所示，为不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗压强度。在70℃时，储存不同时间时强度基本相同，比常温下的水泥增长了2.5Mpa。当储存温度为80℃，和在70℃储存时的情况基本相同。当温度上升到90℃时，水泥的强度在储存到7d时，与常温下水泥的抗压强度相比，增长了3.0Mpa，储存1d、3d、5d时也有相应的强度增长。可以看出，当温度为90℃时，随着储存时间的延长，水泥7d的抗压强度逐渐增大。当储存温度为95℃时，水泥7d抗压强度最大时增加了3.8Mpa。当储存温度为100℃时，水泥的强度也有增加，只有在储存3d时，强度的增加最大，增加了3.0Mpa。其他储存时间时，强度基本相同。从总体的变化趋势来看，四条曲线都是单峰型的，只是出现峰值的温度不同，在70-95℃时，水泥的强度基本是在增长的，看不出和储存时间的关系
表3.10 在不同温度下储存不同时间的水泥的7d抗压强度 MPa
储存时间/d
1
3 5 7
储存温度/℃
20 32.3
32.7 32.1 32.9
70 34.2 35.0 34.4 34.9
80 33.6 32.2 33.9 34.9
90 33.5 34.0 34.9 35.5
95 36.2 36.3 34.0 35.2
100 33.3 35.5 34.5 34.1
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如表3.11和图3.8所示， 为不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗压强度，当温度为70℃时，水泥的强度增加量不明显，最大增加量仅为1.0Mpa，在此温度下，不论水泥储存时间长短，强度值比较集中。当温度为80℃，水泥的强度值在储存5d、7d时强度增加明显，储存7d时增加了2.1Mpa，1d、3d时强度增加较小，强度值随着储存时间的延长而增加。当温度为90℃时，水泥的强度虽然也有增加，但是强度的变化与储存时间相关性不大。当温度为95℃、100℃时，强度都随着储存时间的延长而变小，只是在95℃时这种变化更加明显，相比于在常温下的水泥的强度分别增加1.7Mpa和0.7Mpa。从总体来看，相同储存时间的水泥强度随温度的变化曲线都为单峰型，只是出现峰值的温度各不相同。但是可以看出在储存温度为80℃、90℃时对于水泥强度是有利的。按照国家标准的规定，普通硅酸盐水泥P·O 42.5的28d抗压强度要大于42.5Mpa,可以看出在70-100℃时储存1d、3d、5d、7d时，水泥都是符合要求的。
表3.11 在不同温度下储存不同时间的水泥的28d抗压强度 Mpa
储存温度/℃
20 49.0
50.0 49.2 49.8
70 49.5 49.7 50.5 50.3
80 50.3 50.9 51.6 51.3
90 50.2 51.2 49.4 50.2
95 51.2 50.3 50.0 49.5
100 49.9 50.2 48.9 49.6
储存时间/d
1 3 5 7
3.6 XRD分析
如图3.9所示，为在常温（D）、80℃（C）、90℃（B）、100℃（A）下储存7d的水泥的XRD图像。对比A、B、C、D四个图形可以看出，四种试样中主要矿物的衍射峰相差无几，只是常温下的水泥的C3S的衍射峰峰偏低。由于C3S对于水泥的早
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期强度贡献较大，所以常温下水泥的早期强度稍微偏低。这与水泥的抗压抗折强度数据一致。
★A
△
⊙☆
●
B
C
D
10
20
30
40
50
60
★C3S ▲ 阿利特 ⊙ β-C2S ☆ C12A7 ●C2F △γ-C2S
图3.9 在常温（D）、80℃（C）、90℃（B）、100℃（A）下储存7d的水泥的XRD图像
3.7 扫描电镜分析
3.7.1 未水化水泥的扫描电镜分析
a L20 b L80
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c L90 d L100
图3.10 在常温（L20）、80℃（L80）、90℃（L90）、100℃（L100）下储存7d的水泥的SEM照片
如图3.10所示，为在常温、80℃、90℃、100℃下储存7d的水泥的扫描电镜照片，放大倍数均为2000倍。从图中可以看出，水泥的颗粒形态都比较接近，没有出现太大的差异。说明在较高温度下储存时对于水泥的颗粒形貌基本没有影响。 3.7.2 水泥水化的扫描电镜分析
a L203d b L803d
c L903d
d L1003d
图3.11 在常温（L203d）、80℃（L803d）、90℃（L903d）、100℃（L1003d）下储存7d的水泥养护3d的SEM照片
如图3.11所示，为在常温（L203d）、80℃（L803d）、90℃（L903d）、100℃（L1003d）下储存7d的水泥养护3d的SEM照片，放大倍数均为5000倍。从图中可以看出，C-S-H凝胶、Ca（OH）2和钙矾石等水化产物明显，水泥石的结构都比较致密，水泥的水化效果良好，没有明显的差别，说明较高的储存温度和储存时间对于水泥的水化产物和结构没有影响。
3.8 本章小结
通过对在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥的比较分析，可以看出水泥的标准稠度用水量、凝结时间基本都没有变化，抗压抗折强度有小幅度的上升，水化7d的水泥强度增加量要比水化3d和7d的明显。通过SEM电镜发现水泥的矿物形貌和水化后的产物基本相同。通过XRD发现主要矿物的衍射峰也基本相同，只是高温下储存时C3S的衍射峰稍有提高。
4 结 论
本文通过将水泥在不同温度(70~100℃)下储存不同时间（1d、3d、5d、7d），然后测定其主要的物理性能，包括标准稠度用水量、凝结时间和抗压抗折强度，并且进行XRD、SEM的分析，研究水泥库中的温度和储存时间对水泥性能的影响。通过以上对试验结果的讨论与分析，可得出以下结论：
（1）在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥相比较，其标准稠度用水量、凝结时间基本没有变化，安定性全部合格。
（2）在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥相比较，其抗压抗折强度稍有增长，养护7d的强度变化要比养护3d和28d强度变化明显，没有出现强度下降的现象。
（3）在较高温度下储存不同时间的水泥与常温下储存的水泥相比较，水泥的矿物形貌没有变化，水泥中主要的矿物也没有变化，只是C3S衍射峰稍有提高，水化后的产物均比较明显，结构致密，看不出区别。
（4）在水泥库密封性良好的前提下，水泥的入库温度在70-100℃时，储存时间小于7d时不会对水泥的性能产生不良影响。
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