水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)關(guān)鍵因素實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)告

潘長(zhǎng)春 （安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

水泥是一種粉末狀礦物膠凝材料，經(jīng)水混合后發(fā)生系列物化過程，在水中凝結(jié)硬化，由漿體漸變成堅(jiān)硬的石體，且可將砂石等材料膠結(jié)整體，是一種水硬性膠凝材料。強(qiáng)度是水泥的重要技術(shù)指標(biāo)，水泥強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確直接關(guān)系到水泥質(zhì)量的評(píng)定，影響檢測(cè)結(jié)果的因素有儀器設(shè)備、操作過程、檢測(cè)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等方面，其中試件成型的入模刮平和養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫濕度是兩個(gè)關(guān)鍵因素。水泥強(qiáng)度測(cè)定參照國(guó)標(biāo)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）進(jìn)行，本文依托于擁有CMA資質(zhì)認(rèn)證的安徽理工大學(xué)土木工程材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

1 實(shí)驗(yàn)要求及目的

①熟悉水泥膠砂制備和養(yǎng)護(hù)條件的要求，初步掌握基本配合比的方法；②熟悉實(shí)驗(yàn)篩、試件成型振實(shí)臺(tái)和抗折、抗壓試驗(yàn)機(jī)等儀器設(shè)備；③測(cè)定水泥膠砂試件抗折、抗壓強(qiáng)度，評(píng)定水泥的強(qiáng)度等級(jí)；④培養(yǎng)精準(zhǔn)處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件

2.1 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

行星式水泥膠砂攪拌機(jī)、水泥膠砂試體成型振實(shí)臺(tái)、水泥抗折抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)及抗折抗壓夾具（圖1）、實(shí)驗(yàn)篩、刮平直尺，播料器和三聯(lián)膠砂試模等。

圖1 水泥抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)及抗折抗壓夾具

2.2 實(shí)驗(yàn)條件

標(biāo)準(zhǔn)砂：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砂作全面明確規(guī)定是困難的，因此在質(zhì)量控制時(shí)使砂子與ISO基準(zhǔn)砂比對(duì)標(biāo)

準(zhǔn)化是必要的；標(biāo)準(zhǔn)砂使用前應(yīng)小心存儲(chǔ)，不得受潮。ISO基準(zhǔn)砂顆粒分布如表1。

ISO基準(zhǔn)砂的顆粒分布 表1

水泥：從取樣至實(shí)驗(yàn)開始超24h時(shí)，應(yīng)貯存在裝滿和密封容器里。

水：一般實(shí)驗(yàn)可用飲用水，爭(zhēng)議時(shí)用蒸餾水或去離子水。

養(yǎng)護(hù)環(huán)境：實(shí)驗(yàn)室溫度應(yīng)在20℃±2℃，相對(duì)濕度≥50%；養(yǎng)護(hù)箱或霧室溫度保持在20℃±1℃，相對(duì)濕度≥90%；養(yǎng)護(hù)池水溫度應(yīng)在20℃±1℃，試件間隙≥5mm，水面高出試件≥5mm。

3 實(shí)驗(yàn)步驟、檢測(cè)方法及要點(diǎn)

3.1 試件制備步驟及要點(diǎn)

步驟：首將試模擦凈，涂黃油，緊密裝置，用濕布擦干凈攪拌鍋；按ISO法膠砂配合比（水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂=1：3，水灰比為0.5，質(zhì) 量 為：水 泥450±2g，標(biāo) 準(zhǔn) 砂1350±5g，水225±1L），先把水加鍋里，再加水泥，固定攪拌鍋；然后啟動(dòng)膠砂攪拌機(jī)，低速攪拌30s后，再用30s將標(biāo)準(zhǔn)砂均勻加入，高速再拌30s，停拌90s，繼續(xù)攪拌60s后，將膠砂分兩層入模，第一層時(shí)，振實(shí)60次，第二層，再振實(shí)60次；振實(shí)完畢，取下試模，刮平，標(biāo)記放入養(yǎng)護(hù)箱或霧室養(yǎng)護(hù)；脫模時(shí)，齡期≤24h的，在實(shí)驗(yàn)前20min內(nèi)脫模；齡期≥24h，在成型后20～24h脫模，按齡期養(yǎng)護(hù)。

要點(diǎn)：裝第一層時(shí)，每個(gè)槽內(nèi)約放300 g膠砂，用大播料器沿每個(gè)槽來回1次將料層播平，振實(shí)60次；入第二層膠砂，用小播料器播平，振實(shí)60次；要確保每個(gè)模槽先后加入物料相等，從而保證3個(gè)模槽的振實(shí)狀態(tài)完全相同。刮平以近似90°的角度一次將超過試模部分的膠砂刮去，并抹平但不要過度，用力要穩(wěn)準(zhǔn)均勻，避免后部膠砂被粘連帶走，形成尺寸缺陷。

3.2 檢測(cè)方法及要點(diǎn)

抗折強(qiáng)度檢測(cè)：按齡期測(cè)定強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)前30min取試件，用濕布擦拭表面，置5-10分鐘，再入夾具內(nèi)，啟動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)以（50±10）N/s的速度進(jìn)行加荷，直至試件折斷，記錄破壞荷載（N）或抗折強(qiáng)度（MPa）.

抗壓強(qiáng)度檢測(cè)：將抗折后的6個(gè)斷塊分入抗壓夾具，使夾具對(duì)準(zhǔn)壓力機(jī)壓板中心，啟動(dòng)抗壓試驗(yàn)機(jī)，以（2400±200）N/s的速度均勻加荷至破壞，記錄破壞荷載（N）。

要點(diǎn)：檢測(cè)時(shí)，抗折試驗(yàn)機(jī)調(diào)零帶試件調(diào)整，消除本身重量引起誤差；抗壓試驗(yàn)機(jī)調(diào)零在活塞上升適當(dāng)距離后進(jìn)行，消除活塞和夾具重量引起誤差，壓力機(jī)球座要能自由調(diào)節(jié)，保證試件與壓板緊密接觸，受力均勻；夾具要求上下對(duì)正，適時(shí)調(diào)整。

4 關(guān)鍵影響因素實(shí)驗(yàn)

4.1 試件制作

由于養(yǎng)護(hù)環(huán)境、人員操作和檢測(cè)設(shè)備等因素的存在，為了研究試件成型不同入模刮平操作和養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫濕度改變下對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響變化規(guī)律，根據(jù)水泥砂漿實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱骼碚?，試件尺度為長(zhǎng)160mm、寬40mm和高40mm，材料包含普通硅酸鹽水泥（P.O42.5）、標(biāo)準(zhǔn)砂及水，按照ISO標(biāo)準(zhǔn)法的配合比配置，分層澆筑振實(shí)養(yǎng)護(hù)成型。

4.2 實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果

測(cè)試齡期為3d、7d和28d的水泥膠砂強(qiáng)度，圖2中強(qiáng)度數(shù)據(jù)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄或經(jīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)由公式換算而來，數(shù)據(jù)處理按照ISO標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行（限于篇幅不再贅述），單位均為MPa，用f1、f2、f3和R1、R2、R3依次表示三種齡期抗折、抗壓強(qiáng)度。

項(xiàng)目一：主要考慮成型過程中入模刮平操作因素對(duì)水泥膠砂抗折、抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，入模刮平操作分三種方法依次為：①首層入摸膠砂過多，第二層過度抹平；②符合ISO標(biāo)準(zhǔn)法要求；③首層入摸膠砂過少，第二層未抹平。在不同入模刮平操作下水泥膠砂強(qiáng)度曲線如圖2。

圖2 不同入模刮平操作下水泥膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)變化圖

項(xiàng)目二：主要考慮養(yǎng)護(hù)環(huán)境中溫濕度因素對(duì)水泥膠砂抗折、抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，養(yǎng)護(hù)箱環(huán)境分三種情況依次為：①溫度濕度偏高（溫度25℃，濕度99%）；②符合ISO標(biāo)準(zhǔn)法要求（溫

20℃，濕度90%）；③溫度濕度偏低（溫度15℃，濕度50%）。在不同養(yǎng)護(hù)箱溫濕度環(huán)境下水泥膠砂強(qiáng)度曲線如圖3。

圖3 不同養(yǎng)護(hù)箱溫濕度下水泥膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)變化圖

4.3 實(shí)驗(yàn)分析

目前應(yīng)用較多是ISO標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行檢測(cè)，來保證水泥質(zhì)量。本文著重考慮試件成型入模刮平操作和養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫濕度發(fā)生變化情況下，對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響，為了能夠更加直觀地觀察關(guān)鍵因素的影響，選定了3組特殊情況做規(guī)律分析。

項(xiàng)目一圖2給出了不同入模刮平操作下水泥膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)情況，從圖2(a)中對(duì)比可以明顯看出：齡期3d的抗折強(qiáng)度三種方法依次降低，其最大值為5.8MPa，最小值為2.6MPa；前兩種方法均滿足水泥膠砂強(qiáng)度≥3.5MPa的要求，其值較接近；第一種最大是因?yàn)槭讓尤肽Ｄz砂多，第二層膠砂相當(dāng)于提前部分入模，增加振動(dòng)次數(shù)，提高了抗折強(qiáng)度。齡期7d和28d的抗折強(qiáng)度第二種最大，第三種依然最小；齡期28d前兩種方法均滿足水泥膠砂強(qiáng)度≥6.5MPa的要求，雖均滿足要求，但按照ISO標(biāo)準(zhǔn)來做，顯然第二種方法抗折強(qiáng)度值要大于第一種，由于第一種在水泥膠砂成型過程中進(jìn)行了過度抹平發(fā)生泌水，進(jìn)而影響表層的密實(shí)度，在終凝的過程中出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，導(dǎo)致齡期7d、28d抗折強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果下降。不同齡期的第三種方法均呈現(xiàn)出低強(qiáng)度態(tài)勢(shì)，緣于檢測(cè)人員無視操作標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致入模水泥膠砂量不足，密實(shí)度不高，砂漿層面凸凹不平，削弱了試件整體性和密實(shí)性，導(dǎo)致抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù)偏低且離散。

圖2(b)中可以看出，前兩種方法齡期3d抗壓強(qiáng)度28.0MPa、25.8MPa和28d抗壓強(qiáng)度57.0MPa、65.4MPa，分別滿足3d和28d水泥膠砂強(qiáng)度≥17.0和≥42.5MPa的要求，第三種方法強(qiáng)度較低，即使28d強(qiáng)度還未達(dá)到水泥強(qiáng)度要求；不同齡期3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果與相應(yīng)抗折強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本一致，所以抗折強(qiáng)度試件的好壞決定了抗壓強(qiáng)度的結(jié)果，但抗折抗壓數(shù)據(jù)上兩者并非線性關(guān)系，其強(qiáng)度值R≈（6.5～8.5）f；實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果抗壓強(qiáng)度值比較大，數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出陡增態(tài)勢(shì)，這是符合試件最主要工作性能的要求；反之抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù)變化相對(duì)緩和，可以有效保障抗壓強(qiáng)度指標(biāo)可靠、離散小。

因此，從單純的膠砂成型入模刮平操作來看，按照ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合檢測(cè)效果最好，若操作不當(dāng)會(huì)使試件造成缺陷，對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重影響，且不利于試件后期強(qiáng)度的繼續(xù)發(fā)展，因此，在實(shí)驗(yàn)檢測(cè)和工程實(shí)踐中要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)仔細(xì)操作，保證檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)和施工質(zhì)量。

項(xiàng)目二圖3給出了不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫濕度下水泥膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)情況，從圖3(a)中對(duì)比可以明顯看出：齡期3d的抗折強(qiáng)度三種方法依次降低，其最大值為5.9MPa，最小值為3.3MPa，前兩種方法均滿足水泥膠砂強(qiáng)度≥3.5MPa的要求，第一種最大是因?yàn)闇囟绕撸嗨?、凝結(jié)硬化快，結(jié)果水泥強(qiáng)度偏高；齡期7d和28d的抗折強(qiáng)度前兩種基本上一致，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，這是因?yàn)榈谝环N雖然溫度偏高，由于濕度太大在試模表面發(fā)生積水，后期脫皮現(xiàn)象嚴(yán)重不利于強(qiáng)度的發(fā)展，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，最終抗折強(qiáng)度和第二種標(biāo)準(zhǔn)方法養(yǎng)護(hù)的數(shù)據(jù)基本相近；盡管第三種抗折強(qiáng)度值在3d和7d仍最小，但在齡期28d抗折強(qiáng)度為8.7MPa，從第三種方法看溫度濕度均最低，前期呈現(xiàn)出低強(qiáng)度態(tài)勢(shì)，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的推移，后期28d抗折強(qiáng)度也表現(xiàn)良好，滿足水泥膠砂強(qiáng)度≥6.5MPa的要求，且和前兩種方法抗折強(qiáng)度值基本接近。

圖3(b)中可以看出，三種方法齡期3d抗壓強(qiáng)度36.40MPa、32.1MPa和20.1MPa，抗壓強(qiáng)度66.0MPa、64.3MPa和62.4MPa，分別滿足3d和28d水泥膠砂強(qiáng)度≥17.0和≥42.5MPa的要求，第三種方法抗壓強(qiáng)度值前期較低，后期抗壓強(qiáng)度基本上和前兩種數(shù)據(jù)很接近，同時(shí)，前兩種抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)相近且兩者變化趨勢(shì)基本一致；但整體上抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)離散較小些，尤其后期抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)表現(xiàn)更好，呈現(xiàn)出統(tǒng)一態(tài)勢(shì)，原因在于后期隨著水泥水化越來越充分，水泥強(qiáng)度均得到了較好發(fā)展。

項(xiàng)目二充分說明溫濕度對(duì)水泥早期強(qiáng)度的影響要比對(duì)后期強(qiáng)度的影響更大，因此，精準(zhǔn)記錄實(shí)驗(yàn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)及其變化，及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)至關(guān)重要。

5 結(jié)語

①單純?nèi)肽９纹讲僮鲗?duì)水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較嚴(yán)重影響，且不利于后期強(qiáng)度發(fā)展。

②養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫濕度對(duì)水泥膠砂早期強(qiáng)度的影響要比對(duì)后期強(qiáng)度的影響更大。

③整體上入模刮平操作對(duì)水泥抗折抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)的影響要比養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫濕度影響較大些，前者數(shù)據(jù)離散大，后者離散?。?/p>

④加強(qiáng)和提高檢測(cè)人員操作規(guī)范和技能，嚴(yán)格按溫濕度標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，及時(shí)記錄和調(diào)整溫濕度數(shù)據(jù)，可有效保證實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性和有效性。