内蒙古自治区建材产品质量检验院 内蒙古呼和浩特 010070
摘要：水泥强度是水泥品质指标中一个非常重要的指标，也是划分强度等级的依据。强度检验结果失真，结果偏高，水泥实际强度偏低，对建筑工程质量造成非常大的影响，易造成工程质量事故和人身安全事故。结果过低，实际上水泥强度高，水泥企业少掺混合材，造成经济损失，对混凝土施工而言，由于水泥强度高、水化热大、混凝土开裂、耐久性差。水泥强度检验按国标GB/T17671-99《水泥胶砂强度试验方法（ISO）》进行检验，另外还存在以下影响因素
关键词：水泥强度；检验过程；影响因素
1引言
水泥强度的高低是评价水泥质量优劣的重要指标，准确检验水泥的强度极其重要，无论是水泥生产企业，还是水泥的消费者和水泥质量检验机构都希望得到准确可靠的水泥强度检测结果。一方面，在生产过程中通过水泥强度数值的统计，可以验证水泥生产过程质量控制的效果，作为水泥出厂确认的重要依据，达到科学合理地指导生产的目的；另一方面，可以按水泥强度的高低，买卖双方以质论价，公平交易，保障消费者的合法权益；更重要的是在混凝土试配过程中，必须根据水泥抗压强度的高低，设计混凝土的配合比，在保证工程质量的前提下，合理地使用水泥，实现工程建设的绿色环保。
2工程概况和试验材料
2.1工程概况
本文的试验数据采集于某工程新建路段。在对工程进行建设的过程中使用了大量的水泥，检测中心为了保证施工的质量，在工程为期两年的建设过程中，对水泥进行了130多批次的质量检测，文章中挑选了较为重要的影响因素进行了分析。
2.2试验材料
水泥的生产地为海螺水泥，其中水泥胶砂强度的标准值为：Rf28=6.3MPa，Rf3=4.2MPa，Rc28=46.6MPa，Rc3=28.0MPa，下文中统一称为“标准值”。
3影响因素讨论
3.1人员的影响
人是水泥胶砂强度试验的主体，也是试验过程中不可缺少的角色。由于试验人员业务能力的差异、技术水平参差不齐，会对检测结果造成一定的影响。尽管GB/T1767—1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)对水泥胶砂强度检验的方法、仪器、材料、试验条件、操作步骤等进行了规定，但在操作过程中，对规范的理解不到位、对试验操作过程不细心、责任心不强等，都会影响检测结果的准确性。由试验人员比对结果可知，所有试验人员的检测结果实测值均能够满足标准规定的强度结果要求，但各试验人员的检测结果之间存在较大的偏差。为此，实验室认真分析了本次比对试验结果出现偏差的原因：（1）试验人员甲：在试验开始前，未对搅拌锅和搅拌机叶片采用湿布进行擦拭，将称量好的用水量加入搅拌锅内，在搅拌过程中一部分水粘于搅拌锅与叶片之上，导致实际拌和用水量减小，即水灰比变小，因此测得的水泥胶砂强度结果偏高。（2）试验人员乙：水泥胶砂试件在3d龄期强度试验时，未在标准规定的时间内进行试验，提前了6h，造成水泥水化时间短，3d强度未完全形成。因此，测得水泥胶砂试件的3d强度均偏低。（3）试验人员丙：在水泥胶砂试件拆模时，图方便、省事未采用橡皮榔头进行脱模，而采用了铁榔头，对试模进行敲打。在水泥水化的初期，试件自身强度还不足以抵抗外界施加的扰动荷载，导致已发生水化反应的水化物之间结构破坏。因此，测得的水泥胶砂试件的3d强度、28d强度均偏低。（4）试验人员丁：对水泥胶砂强度试验检测经验丰富、操作熟练，试验过程严格按照标准要求进行，测得的水泥胶砂强度试验结果与标准值相接近。可见，人员的技术水平差异会直接影响水泥胶砂强度检测结果的大小，因此应定期组织试验人员对水泥胶砂强度试验的操作方法及注意事项进行培训，避免人为因素对检测结果产生影响。
3.2仪器的影响
（1）称量仪器
如称量水泥的天平要精确到450±2g，量水的量筒要准确到225±1ml。
（2）试模尺寸
2002年11期《水泥》《影响企业对比验证合格率的原因分析》中摘要：据初步统计，模腔尺寸增大将会造成检测结果偏高，而试模净重减少将造成检测结果降低，而且降低幅度在1～5MPa。河北金牛能源股份有限公司水泥厂就曾遇到过这种情况：客户单位化验室的抗压强度比该厂试验室的抗压强度偏低1～5MPa不等，经逐项排查发现试模净重最多的差1.2kg，在更换新的试模后，2个化验室对比结果均在允许范围之内。建议各使用单位在使用前要按照JC/T726标准严格验收，同时要根据本单位的工作负荷定期校验。
（3）行式水泥胶砂搅拌机
首先检查：（慢转）30±1S—30±1S（加砂慢转）—30±1S（快转）—90±1S（停）—60±1S（快转）共240±5S是否正常锅与叶片之间的：3±1mm即2mm通过，4mm不通过。2003年第4期《水泥》《影响ISO水泥胶砂强度检测结果的因素分析》中摘要：搅拌锅与搅拌叶片间隙过大会对水泥强度检验的结果有较大影响，3d抗压强度最大降低了12%、抗折强度最大降低了24%；28d抗压强度降低了10%～12%、抗折强度降低了11%～13%。通过实验的结果分析可知：胶砂搅拌机在使用一段时间后，由于机械部分的磨损使搅拌锅与搅拌叶片之间的间隙增大（搅拌机叶片与搅拌锅间隙标准范围应为2-4mm）。当搅拌锅与搅拌叶片间隙达7mm时，搅拌锅与搅拌叶片间未被搅起的胶砂料中，C：S：W=1：1.8：0.35，被叶片搅起的胶砂料中，C：S：W=1：3.6：0.54。未搅起的胶砂料，其水灰比较小（＜0.5）。在振实成型的过程中，未被搅起的胶砂料往往将会被装在试模第二层的上表面，且在刮抹过程中将被除去，而剩余在试模的胶砂料用水量将增大、水泥量减小，因此导致强度降低；第二种情况是锅底未搅起的胶砂料不均匀地装入三联试模中，使试体强度离散性变大，导致数据无效。下砂时间应在30±1S内，砂是否下完，不能留砂。
（4）胶砂试体成型振实台
振实台的振幅：15±0.3mm即153mm、14.7mm，一分钟振动次数60次，主要控制器易出毛病。2003年第1期《水泥》《通用水泥实施ISO标准后的效果和需解决的问题》摘要：实际试验中归纳出四个方面的问题：a电动机转速不稳定，新机时使用转速较平稳，约在使用5个月后（试验2800个样品后）就会出现问题，如：转速变慢，速度极不平稳，此时需跟换新的电机；b振实台电动机轴与凸轮紧固容易松动，将造成振实60次的用时超过65秒；c振实台伸臂与台盘紧固不牢、松动摇摆，伸臂固定端加工精度差，容易出现台盘随伸臂旷动现象；d当振实台振幅变化时不能自行调整，有的产生反弹现象造成余振等。电压的波动严重影响着振动频率，电压高振动频率高，电压低振动频率低。电压的不稳定对检测结果的影响不容忽视，建议使用单位最好安装一台稳压器。
3.3材料的影响
水泥颗粒和空气接触的部分容易吸收空气中的水分而产生水化结块。所以在对水泥进行试验之前，应该使用0.9mm的方孔筛对水泥进行过筛，从而保证水泥的颗粒稳定性，均匀的水泥颗粒结构是保证水泥胶砂强度检测结果精确的前提条件。我们对过筛的水泥和未过筛的水泥分别进行试验，得到表1的数据。从表1的数据中可以看出，没有过筛的水泥样品因为在运输、存放以及取样的过程中与空气接触产生水化结块，导致样品的颗粒不够均匀。与此同时，水泥结块后活性也会相应的减小，使得3d、28d的水泥胶砂强度较低。
3.5抗压夹具对水泥抗压强度的影响
抗压夹具是水泥胶砂强度检测不可缺少的辅助装置，对水泥胶砂试体的抗压强度检测有重大的影响，有研究曾做过多组抗压夹具的水泥抗压强度检测对比试验，试验结果表明有近20%的抗压夹具测得的抗压强度值与德国TONI压力机提供的数值相差3%以上，最高误差达9%。其他机构的试验结果也表明，抗压夹具会使抗压强度偏低2%-10%，甚至偏低10%以上。在JC/T683-2005《40mm×40mm水泥抗压夹具》中规定了水泥抗压夹具应满足的17项技术要求，就夹具上下压板的长度、宽度以及厚度的尺寸、平面度、粗糙度、洛氏硬度、端面对齐度而言，使用单位可以进行内部校准或委托计量测试单位进行校准。其他方面的规定，如：上压板上的球座中心应在夹具中心轴线与上压板下表面的交点上，偏差不大于1mm；传压柱中心轴线与上压板中心及下压板中心的同轴度不大于0.2mm；上压板随着与试体的接触应能自动找平，但在加荷过程中上、下压板的相对位置应保持固定；下压板的表面对夹具的轴线应是垂直的，并且在加荷过程中也应保持垂直。这些要求对于使用单位而言，只能是定性描述，无法进行实质性的检定和校准。如果抗压夹具在使用前和使用过程中不进行必要的校准和比对，就存在使水泥胶砂试体抗压强度检测结果偏低的可能。
4影响水泥强度检测的解决措施
4.1提高试验人员操作水平
在提升操作人员技术水平方面应该重点把握以下两点：（1）胶砂成型刮平。胶砂制备后立即成型。刮平时沿试模长度方向以横向锯割动作缓慢移动至另一端，一次性将多余胶砂刮除，并用同一直尺近似水平的情况下抹平试体的表面[2]，且应控制抹平的次数。原因是抹平次数过多，会导致试件中的水分向表面渗透，造成试件表面泌水现象，进而使试件表面脱皮，影响其胶砂强度。胶砂成型后，应立即将做好标记的试模放入水泥混凝土恒温恒湿养护箱中。在放入过程中，试模应始终保持水平，要放入养护箱里层时，不可放于架子上后直接推到里层，以防止试模倾斜使胶砂流动，造成胶砂试件两端高度不一致。高度低于40mm的一侧强度偏低，而高于40mm的一侧强度偏高，甚至导致单个试件抗压强度值离散性过大，试件抗压强度无代表值。（2）脱模。水泥胶砂带模养护24h后应脱模。由于试件与试模的粘附力较大，脱模时应非常小心，可用塑料锤或橡皮榔头轻轻敲打试模使试模与试件分离，切不可大力敲打。试件养护24h后的强度较低，脱模过程中若用力过大，会使试件产生细微裂纹，或缺棱掉角，严重时使试件断裂，影响其胶砂强度。
4.2严格控制仪器设备
当有异物混入抗压夹具传压柱与衬套间时，会产生更大的摩擦力，进而导致结果偏高。长时间未给抗压夹具球座添加润滑剂，会出现球座无法自由调节的问题，而将黄油当作润滑剂加入也会导致结果偏高。倘若压力机测力油缸下传动皮带脱落，而在其运行中，测力油缸下传动装置保持静止，原本为滚动摩擦的测力活塞会转化为静摩擦，如此就会加大摩擦力、增加压力机消耗功，导致强度结果偏低。压力机上下压板一旦出现损坏而不平时，依然会降低抗压强度。胶砂搅拌机叶片与锅壁锅底间存在2～4mm以上的间隙时，胶砂强度结果也会受到影响。过宽的间隙会使搅拌均匀性受影响，抗压强度下降；过窄则会磨碎标准砂，抗压强度增高。此外，搅拌过程中需将搅拌时间严格控制在4min，时间不足会降低强度。搅拌中，需先进行30s的低速搅拌，随后再搅拌30s并将砂子均匀加入，紧接着持续30s高速搅拌，停止90s后再持续60s高速搅拌。搅拌期间应均匀，并借助小刀刮下粘在锅壁上的胶砂。机器在持续4min拌合后自动停止，将叶片提起并刮下叶片上的胶砂，连续5次拌合锅内胶砂，确保其均匀性。就水泥强度受仪器故障的影响而言，操作人员需定期检查、调试仪器设备，及时处理存在的问题。
4.3全面监管水泥材料
就水泥强度而言，水泥、标准砂及试验用水用具等都会对其造成影响，个别检测部门为了满足施工进度要求，在水泥送样却尚未调节材料温度后即展开试验，水泥样品温度此时与环境温度不一致，水泥检测结果也就无法得到准确性保障。也有个别试验室在试验中，所选取的试验用水为水龙头的自来水，无法满足试验要求的水温，如此也会对试验准确性造成影响。鉴于此，需24h调节水泥、标准砂、水及模具温度，确保试验材料与用具能保持一致于试验环境的温度，进而为试验结果提供准确性保障。
4.4选用合适的检测技术
（1）点荷法检测技术
点荷法，顾名思义就是对试件施加点荷载，然后通过换算公式来获得砂浆试件抗压强度的一种检测方法。砂浆片试样在被测试墙体的灰缝中直接抽取，点荷载直接通过专门的的压力试验机来施加。进行点荷法测试时，首先选取测点并敲击测点部位的砖块，剥离出厚度为5mm-12mm的砂浆片。在砂浆片上标记出荷载作用点并量测砂浆片试件的实际厚度，然后将砂浆片放在试验压力机上，将上下两个加压球头对准选定的荷载作用点部位，缓慢施加荷载直到砂浆片破坏。试件破坏后碎裂成不同小块，将这些碎块拼接成原样后可以测量出点荷载作用半径，即实际荷载作用点到破坏线外边沿的距离。根据砂浆片厚度、点荷载值、荷载作用半径等参数，由拟定的强度换算公式便可以得到测区砂浆强度。点荷法检测结果较精确，但在砂浆强度很低的情况下采用该方法难以进行取样和测试。而且该方法选取的砂浆片要求表面平整且厚度均匀，在压力机上试验时必须保证砂浆片测试面与点荷载作用线垂直，加上试验荷载值很小，因而操作精度要求较高。
（2）砂浆片剪切法检测技术
对于墙体的砌体砖块之间取出的匀质砂浆片试样，还可以通过剪切法来推算其抗压强度。采用该方法检测时，在墙体上选取的砂浆薄片试件厚度为7mm至15mm、宽度为15mm至50mm，试验设备为砂浆测强仪。测试抗剪强度时，首先将仪器调平，将砂浆片水平放置在砂浆测强仪内固定，启动仪器后，砂浆测强仪上下两片刀口对砂浆片连续均匀施加荷载直到将试件剪坏。根据砂浆片破坏时的荷载值以及量测的破坏面截面尺寸，可以得出砂浆的抗剪强度。凭借测区砂浆片的抗剪强度平均值即可计算得到测区砂浆抗压强度。有研究对砂浆片剪切法做了一系列试验研究。研究者制备了不同龄期和含水率的试件进行剪切试验，试验采用的砂浆片试件龄期为8～466d，含水率设定为从干燥状态到含水饱和状态。同时将抗剪强度与立方体试块抗压强度数据进行拟合分析，得出了砂浆片抗剪强度均值与同条件砂浆试块抗压强度的换算公式。试验结果还表明，当砂浆片的受剪破坏断面形状、砂浆层厚度、砂浆片宽度都与试验设定情况相同时，破坏面截面形状、试件尺寸对剪切试验的测试精度没有明显影响。砂浆片剪切法测量结果较准确，但是也需要砂浆具备一定的强度才能取出，对于强度较低的砂浆不适用。墙体上抽取的砂浆片尺寸较小，剪切试验中破坏荷载也较小，因此对测量精度和仪器刀口定位精度要求较高。
（3）砂浆回弹法检测技术
砂浆回弹法是采用专门的轻型回弹仪测试砂浆表面硬度，然后把回弹值换算为砂浆强度的一种检测方法。砂浆回弹法检测时要考虑碳化和龄期的影响，还需要测试试件的碳化深度。砂浆回弹法测位选取在砖砌墙体上一块面积大于0.3m2的的区域，为了保证回弹值的稳定，测试部位的水平灰缝应该砂浆饱满、外表平整、表里质量一致。将弹击点部位的砂浆表面打磨平整，除去浮灰，每个测位都均匀布置12个测点进行回弹测试。砂浆层表面出现气孔或存在松动的部位都不能进行弹击，相邻两个弹击点的距离保持20mm以上。测试时，将回弹仪朝着与砂浆表面垂直的方向连续弹击3次并记录最后一个回弹数据，然后在每一测位内选择3处灰缝，用专门的碳化深度量测工具和酒精稀释到1%-2%的酚酞试液测量碳化深度。研究对砂浆回弹法检测的各种影响因子进行了对比分析，研究结果表明，砌筑砂浆采用的砂的细度对回弹值有较大影响，回弹法只适用于中砂配制的砌筑砂浆的强度检测；龄期超过28d后，回弹法检测砂浆强度可以忽略龄期的影响；回弹法是通过砂浆表面硬度推算砂浆抗压强度的方法，砂浆表面状况直接影响测试精度，因而砂浆表里质量必须均匀。该研究为砂浆回弹法的推广应用提出了很多有效的建议。砂浆回弹法操作简单，检测效率高，但由于砌体结构施工质量受人为因素影响较大，砌筑砂浆质量均匀性不高，所以抽取的测点部位砂浆离散性较大。鉴于回弹法的特点，在常规检测工作中，通常采用回弹法进行局部检测，然后再结合剪切法、点荷法等其他方法做少量的校正，这样既简化了检测工作量，缩短了检测时间，又能减少试验误差，保证了检测的精确性。
以上对水泥砂浆检测方法的研究和应用已经取得了丰富的成果。然而，以上方法都是针对砌体结构中的砌筑砂浆提出的，应用范围受到限制。通常钢筋网水泥砂浆面层的厚度仅为25mm-35mm，要对其进行现场检测，操作面有限，常规的砂浆检测方法均不适用这种情况。另外，点荷法和砂浆片剪切法都会在测试部位对承重墙体造成局部破坏，影响结构受力性能，且耗时费力，不适于大范围检测。加固工程是对原有结构的受力性能采取加强措施，原结构承载能力本身就存在不足，因此对加固层进行检测时，检测操作也不能对原结构和加固层进行大范围的损伤和破坏，否则适得其反，不但起不到检测的目的，反而影响了加固效果。水泥砂浆加固面层的检测只能采用非破损或破损很微小的检测方法，拔出法是其中一种原理简单、操作简便、精度较高的方法。
5结束语
总之，水泥强度检验一旦发生争议，与建设和施工单位、检测机构及生产厂家等皆有关联，倘若无法妥善处理，就会有纠纷产生，不但使工期延后，还会使建筑工程质量受到影响。故而水泥检测机构需不断优化检测技术、提高检测水平，为检测结果提供准确、真实保障。
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论文作者:高慧娟,牟永利
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
标签：砂浆论文; 水泥论文; 强度论文; 抗压强度论文; 荷载论文; 夹具论文; 叶片论文; 《防护工程》2019年10期论文;