淺析影響水泥膠砂強度的因素

郭存林 羅斌

摘要：利用正交試驗設計表，對水泥膠砂試件在成型階段、養(yǎng)護階段和試壓階段的各種可能影響強度的因素進行分析，得出了各種因素的影響程度，總結出在檢測過程中最易造成水泥強度出現(xiàn)較大偏差的原因，為在其他工程中分析類似問題提供了經驗。

關鍵詞：水泥強度、試件成型、養(yǎng)護、夾具、儀器檢定

中圖分類號： TQ172文獻標識碼： A

Analysis on the factors influencing the strength of the cement

Abstract: To explore the influence of various factors on the detection of the strength of cement, orthogonal design test, forming stage, the maintenance and test pressure stage of various factors analysis of cement test, the influence of various factors, summed up in the detection process is the most likely cause the strength of the cement cause large deviation, Provided the experience for the analysis of similar problems in other engineering .

Keywords: cement strength, molding, curing, fixture, instrument calibration

0 引言

正交試驗設計是運用正交設計表進行設計試驗組數(shù)，并對各個水平（因素）的影響程度進行分析，正交設計表是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點，正交試驗設計是分式析因設計的主要方法。是一種高效率、快速、經濟的試驗設計方法[2]。在對同一水泥樣品進行檢測時，不同試驗室之間的檢測數(shù)據(jù)相差較大，試驗儀器、操作人員、試驗室環(huán)境等都可能對水泥強度的檢測造成影響，為探尋各種因素對水泥膠砂強度的影響程度，按水泥膠砂試件成型階、養(yǎng)護、試壓分成三個階段，對每個階段的影響因素利用正交試驗設計表進行試驗分析。以期得出各種因素的影響程度，并總結出在檢測過程中最易造成水泥強度出現(xiàn)較大偏差的原因。

1 試驗設計思路

首先分別列出水泥膠砂試件在成型、養(yǎng)護、試壓三個階段的各種影響因素，在研究某一階段的影響因素時，其他兩個階段的因素水平保持不變。對試件成型、養(yǎng)護階段的幾種因素，查閱文獻發(fā)現(xiàn)此前的研究都沒有明確涉及，而因素種類又比較多，因此對養(yǎng)護水種類、養(yǎng)護水溫度、配漿水種類、配漿水溫度四個因素，分別選取三個水平，采用正交設計試驗，利用L9(34）表格進行分析，以得出造成水泥強度出現(xiàn)偏差的主次因素。對于試壓階段不同試驗儀器（主要指壓力機）的影響，則直接采用對比試驗。

2成型階段

在水泥膠砂試件的成型階段，對水泥強度檢測造成較大影響因素為試驗材料和試驗環(huán)境。

（1）試驗材料主要指標準砂和配漿水。目前試驗室進行水泥強度檢測所用的都是廈門ISO標準砂，一般而言，只要是真品，標準砂對強度檢測結果就不會出現(xiàn)太大的影響，但也有例外，某在建高鐵的工地試驗室就曾出現(xiàn)過因標準砂質量不合格而導致水泥檢測結果出現(xiàn)較大偏差的情況，因此在工作中也應當留意標準砂的質量是否合格。 制作水泥膠砂試件的配漿水，規(guī)范沒有明確要求，只是規(guī)定仲裁試驗須采用蒸餾水，而工地試驗室一般采用自來水或者純凈水，配漿水對水泥強度有多大的影響，采用正交設計試驗進行分析，見表1、2、3.

（2）試件成型時的試驗室環(huán)境因素主要指試驗室溫度和配漿水溫度。規(guī)范要求水泥膠砂試件成型時試驗室的溫度應保持在20℃±2℃，相對濕度應不低于50%，對于配漿水溫沒有明確，通過試驗，對比配漿水溫分別為10℃、20℃、30℃下配制的水泥膠砂試件的強度（見表2），發(fā)現(xiàn)配漿水溫較低（10℃）時，可能致使強度低1-2MPa。因此建議配漿水應提前儲存，在試驗室放置一段時間，保持水溫和試驗室溫度一致，在20℃左右。

（3）試件的成型還應當考慮試驗人員操作水平的影響因素，為減少分析因素，整個試驗過程均采用同一人操作。

3 養(yǎng)護階段

水泥膠砂試件在養(yǎng)護階段可能對強度造成影響的主要因素為：養(yǎng)護水品種和養(yǎng)護水溫。養(yǎng)護水品種以試驗室常用到的蒸餾水、自來水、純凈水為研究對象，養(yǎng)護水溫分為10℃、20℃、30℃ 三個水平進行對比試驗。對于配漿水種類、配漿水溫、養(yǎng)護水種類、養(yǎng)護溫度對水泥膠砂強度的影響的分析，四種因素的影響情況都不甚明確，因此采取正交設計試驗進行分析，以期得出各種因素影響情況，并尋求可能對水泥強度造成較大影響的因素。

表1 正交設計試驗的因素及研究水平

表2 不同組合試驗下水泥試件28天強度

表3 試驗結果分析

由上可知，養(yǎng)護溫度是造成同一水泥樣品的檢測強度出現(xiàn)較大偏差的主要的因素，制作試件時配漿水的溫度會有一定影響，而常見的配漿水、養(yǎng)護水的種類對強度檢測幾乎不造成影響。

4 試壓階段

試壓階段的主要影響因素為試驗機的性能和試驗人員操作規(guī)范程度。為減少分析因素，采用同一人操作，不考慮人員操作方面的影響。 對于試驗機的影響因素，在同一試驗室，由同一試驗人員制件成型20組水泥膠砂試件，其中10組用于檢測3d強度，10組用于檢測28d強度。一塊試件進行抗折試驗后，折為2塊，其中一塊在A試驗室壓力機上抗壓，一塊在B試驗室壓力機上抗壓。3d與28d在分別在兩個試驗室的檢測結果見表4、5。

表4兩個試驗室不同壓力機同一組試件的3d強度對比(MPa)

表5兩個試驗室不同壓力機同一組試件的3d強度對比(MPa)

由表4、表5可以看出，不同的壓力機之間的試驗結果偏差很大，進一步分析，兩個試驗室的壓力機都由同一家計量單位進行過檢定，壓力系統(tǒng)沒有問題。那么造成檢測結果出現(xiàn)如此大偏差的原因應該是由抗壓夾具造成。通過對兩個夾具的進一步檢定，事實果然如此。計量單位在檢定儀器時，只是校準壓力系統(tǒng)是否正常，沒有對夾具進行檢定，夾具應由使用單位進行自校，但此項工作卻常被忽視，或者沒有認真細致進行檢定，沒有進行試驗室比對試驗。

5結論與建議

（1）夾具對水泥抗壓強度的影響很大，但也往往容易被忽視。計量單位在檢定儀器時，只是校準壓力系統(tǒng)是否正常，沒有對夾具進行檢定。試驗室應定期對抗壓夾具進行自校，并定期對整個壓力機進行期間核查。

（2）影響水泥強度檢測結果的因素排序：夾具>養(yǎng)護條件>成型條件。其中養(yǎng)護階段的問題主要是養(yǎng)護水溫度是否滿足要求，是否在21±1℃范圍內；成型階段的主要問題出在砂漿入模時是否播料均勻、試件是否飽滿密實、是否出現(xiàn)漏漿。

（3）還應注意的細節(jié)：a）當采用自來水（飲用水）作為配漿水時，應提前將水備在玻璃容器內，使水溫與室溫接近；b）量水應用精度0.5ml的量筒精確量取225ml，不能用電子天平直接秤取225g。c）振實臺固定膠圈很容易脫落，造成試件振實時出現(xiàn)漏漿，應經常更換膠圈或重新進行固定。

（4）對于工地試驗室，因為水泥檢測量較大，更要重視對試驗機、抗壓夾具、抗折夾具的檢定。以云桂某在建高速鐵路的工地試驗室為例，平均每月檢測水泥近300批，抗壓夾具使用頻繁，夾具的壓縮螺旋彈簧很容易疲勞，造成抗壓試驗時承壓板傾斜，試件受壓面積減小，是導致檢測結果出現(xiàn)較大偏差的主要原因。因此建議：對抗壓夾具宜三個月（或使用4000次）進行一次檢定，當偏差在3MPa以上時應立即更換夾具。

參考文獻：

[1] 葉中郎,朱澤華,吳品華,等.溫度、壓力及PH值對水泥固化的影響[S].中國水泥2010（11).

[2] 董洪劍 黃祥嘉.正交試驗設計在錨固參數(shù)優(yōu)化設計中的應用[S].西部探礦工程2006（08):5-8.

[3] 蘭亞芬.影響水泥強度檢測結果的因素分析及試驗研究[D].西安建筑科技大學2011.

[4] 楊曉東,尚建麗.影響ISO水泥膠砂強度檢測結果的因素分析[S].水泥2003（04).

[5] 方開泰,馬長興,李長坤.正交設計的最新發(fā)展和應用-回歸分析在正交設計的應用[S].數(shù)理統(tǒng)計與管理 1999(02).