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影响水泥强度检测结果的因素分析及研究

   一、水泥检测工作的意义 
  想控制好建筑工程的施工质量,首先保证混凝土原材料的质量,而水泥质量又会对混凝土施工的质量产生非常大的影响,因此必须加强对水泥原材料质量的控制。在一些水利工程、房屋工程、道路工程等项目施工中都会根据具体的情况对水泥的质量进行检测,水泥原材料检测工作对于整个工程施工质量的保证意义重大。 
  二、影响水泥强度检验的主因素 
  水泥强度检测的主目的是检测方法,水泥产品是否达到国家标准求的相关指标,提高水泥产品的质量和性能。 目前,在水泥强度检测中,加强了各种新技术、新方法的应用,由于受到各种客观因素的影响, 而导致检测结果准确性不能满足相关求。 
  (一)试验室条件影响 
  根据水泥胶砂强度检测方法 GB/T175-2007 标准求,试验室温度应控制在(20±2) ℃,相对湿度不小于 50%,标准恒温恒湿养护箱应控制在(20±1)℃,相对湿度不小于 90%,标准养护池水温应控制在(20±1) ℃,有很多试验室条件达不到,试验室的环境、保温保湿条件达不到求,而导致检测结果误差很大。 
  (二)检测人员操作的影响 
  在水泥检测中,检测人员没有按照标准中规定的内容进行操作,影响检测结果准确性的因素主有以下几个方面 
  1.水泥试样搅拌不均匀,锅底还有未搅拌到的水泥; 
  2.水泥试样在振实中,没有按照标准求进行分层装料、分层振实,导致振实效果达不到求; 
  3. 检测人员在刮平中,用力不均匀,有高有低影响结果准确性; 
  3. 在做抗拆抗压检测工作时,检测人员操作不规范,受力不均匀。 
  (三)温度湿度的影响 
  温度对水泥强度影响较为明显,胶砂温度及试体养护池水温与水泥强度值成正比,早期强度尤其明显。若将实验室温度胶砂温度、养护箱及养护水温都从 20℃降到 15℃,3 天、28 天抗折抗压强度可降低 10%~15%。若提高到 25℃,则不同龄期的抗折抗压强度会提高 2%~5%。水泥水化本身是一个相当复杂的反应过程,反应从水泥颗粒表面开始,并通过扩散作用缓缓向中心深入。在水泥细度一定的情况下,这个过程与温度关系很大,提高反应温度,会大大加快其反应速度,导致早期强度偏高。因此,国家标准 GB/T17671- 1999 规定了成型室温度为20℃±2℃,养护箱及养护水温度为 20℃±1℃。 
  除必须严格控制水泥试验的温度外,还必须严格控制养护箱相对湿度在 90%以上, 成型室湿度在 50%以上, 以满足试体在凝结硬化时所需的水分,否则会影响整个凝结硬化过程,造成试体干缩变形,强度值偏低。 
  (四)标准砂和试验用水的影响 
  有研究表明,标准砂质量的波动会带来强度试验的误差。购买或使用标准砂时,应注意观察其包装和砂袋内合格证,决不能使用质量不合格和已受潮的伪劣标准砂。另外,在标准砂使用前,最好先将标准砂送至实验室,使其温度接近室温(20℃)。 
  水泥强度试验用水对试验结果也有影响。自然界里的水都不同程度的含有各种矿物质和有机物质,含有硫酸盐类的水对水泥试体养护有明显的影响。因为水泥试体在水中养护时,水泥水化析出大量的 Ca(OH)2会与水中的硫酸盐进行化学反应生成新的物质(硫酸钙,硫铝酸钙),这些新生成的物质体积比原来物质大,它们填充在已析出 Ca(OH)2试体的孔隙中,易造成试体体积膨胀。另外,水泥试块在养护水中不断析出 Ca(OH)2,养护水中碱度逐渐增大,也妨碍水泥水化反应的充分进行,使强度偏低。因此,无论胶砂成型用水,还是试体养护水,都应是洁净的自来水,受到污染或有杂质的水不能使用,每次试验前养护池里的水都必须更换。 
  (五)试验模具的影响 
  水泥试验中对模具尺寸求极为严格,如模具不符合标准求,就会出现试件不规格等现象,水泥试件在脱模时方法不对,会出现试件受撞,导致检测结果不正确的因素,在做抗拆、抗压时,抗压夹具的球座不灵活,不能正常转动,受压不均匀,影响到检测结果的正确性。 
  三、加强水泥强度检测结果的措施 
  (一)试验条件 
  1.成型实验室 
  成型实验室按 GB/T17671 -1999 规定 环境温度20℃± 2℃ ,相对湿度不低于 50% 。保持水泥试样、标准砂、水及试模等的温度与室温相同,故在水泥检测前一天将水泥、标准砂、试验用水放入成型室,进行状态调节。试验时,应先测量它们的温度是否一致,并予以记录。当室内温湿度都低于标准规定时,会导致水泥强度明显下降,室温、材料温度、养护水温相差6℃ ~7℃时,则强度可相差一个等级。 
  2.破型试验室 
  温度不仅对水化有影响,而且对其硬化也有影响。破型试验室的温度如不加控制,会对试体强度产生一定的影响,尤其是对养护龄期短的胶砂试体更明显。同时,压力机油黏度与温度也有很大关系,黏度会影响加荷速度,从而影响水泥强度检验结果。所以为了增加试验的准确性和可比性,破型试验室的温度应控制在 17℃ ~ 25℃范围内,且温度越接近20℃越好。 
  3.养护箱 
  温度和湿度的高低对水泥试体的水化速度有着直接的影响。如果养护箱温度高、湿度大,水泥试体的水化速度快、早期强度就高,反之则水化速度慢、早期强度低,因此养护箱温度应控制在 20℃ ±1℃,湿度应大于 90%。保证养护箱密封的良好性,养护箱里湿气与养护试块充分接触。并且养护箱内的隔板或架子状态应该保持水平。只有这样,未成型水泥胶砂试件才能一直保持水平状态,否则会容易变形或流浆,导致水泥质量的检测结果不准确。
  4.养护水池 
  目前,养护水池一般是采用室温控制,最有效的就是在养护室安置空调,这样就能保证养护水池温度的平稳。以表1 为例,就可以看出养护水温对强度的影响很明显,特别是对早期强度。养护池水温度的高低直接影响水泥试块的水化速度,水化速度又影响水泥强度的增长,水泥水化速度快,水泥强度增长也快,反之,强度增长慢1。试验证明 水温每相差1℃,强度相差 1% ~2%,养护水的温度应控制在 20 ±1℃范围以内。在水中养护水泥胶砂试件时,最好使用水泥试件的专用塑料养护箱,这样可以保持水泥胶砂试件养护条件的一致性。还有,不同类型的水泥试块放入不同的养护池中,避免它们之间的组分不同,化学成分不同,产生相互影响,这也会使试块的强度产生偏差。 
  (二)仪器设备 
  1. 试模 
  JC/T762-1997 对试模有着详尽的规定,试模内表面涂机油,外接缝涂有黄干油。试模不符合标准求造成砂浆渗透出来,成型的试体不规则,降低水泥强度。内表面涂油太多,会降低试体密度,同时试体表面形成一层包裹层,减少试体与水接触面积,降低水化反应;涂油太少则造成脱模困难,容易造成试件内部损伤。所以涂油一定涂抹均匀,用量适当。建议用3cm 的2 号刷。 
  2. 压力试验机 
  压力机的压板不平,或者球座不灵活都会使试件产生局部压力,降级水泥强度。抗压夹具应符合 JC/T683-1997 求,并定期进行校验。如果使用不合格的抗压夹具,强度会降低到10%。 
  3. 行星式水泥胶砂搅拌机 
  JC/T681-1997 规定,叶片与锅底、叶片与锅壁之间的间隙为(3±1)mm,而ISO6791989≤水泥试验方法———强度测定≥求标准砂粒度范围0.08mm~2.00mm,当叶片与锅底、叶片与锅壁之间的间隙小于 2mm,搅拌时会挤碎砂粒,使得水泥强度增高,如果间隙大于4mm,水泥胶砂搅拌不均匀,对水泥强度影响很大。 
  4. 振实台 
  振实台求置在混凝土基座上,以统一各试验室的试体成型效果,基座必须是实心的,不能做成空心的,同时注意安装水平,如果将混凝土基座改为砖砌基座,试体强度会偏低约 5%。胶砂振实台的振幅应该经常校核,只按标准控制好振动部分的重量,就可以符合规范求。振动时间对振动结果很重,如果振动时间不足2min,强度会偏低,反之,如果振动时间超过 2min,强度会偏高。 
  (三)试验操作 
  水泥检验是一项繁琐而又精细周密的工作,因此求检验人员应具有良好的素质,工作耐心、细心、严谨,有一定操作水平,对工作认真负责。 
  水泥试验从来样处理、试体成型、养护脱模到破型整个过程的每个环节,对强度结果都会有影响。 
  1.来样用0.09 mm方孔筛过筛。筛后将试样搅拌均匀,若未拌匀,则检验结果无代表性。 
  2.搅拌、振实 
  开始搅拌前用拧干的湿毛巾擦锅和搅拌机叶片。先加水后再加入水泥,在搅拌机停 90s 时将锅壁和叶片上的胶砂刮入锅中间。更换样品时应将搅拌机的叶片和装料锅擦干净。成型及时,尤其是在第一料层振实60 下之后立即装第二层,装第二层时,不破坏第一层原有的振实状态,以免造成试体分层,保证每次装料约300g 左右,确保料层的均匀程度。若两次装料不均匀,振实过程中会使胶砂中气泡排出情况不同,影响振实效果,这对水泥胶砂强度影响很大。 
  表1 不同加荷速度对强度影响 
  3.试模 
  试模内表面涂油主是为了防止试模生锈,并使试体容易脱模。试模上涂油过多,在成型时会留下空洞,降低试体密度。同时,涂油过多将使试体表面形成一层不易透水的包裹层,减小试体与水的接触面积,影响水泥的水化反应。涂油过少,将造成脱模困难,如强行脱模易使试体内部损伤,涂油过多或过少都会降低试体强度,使试验结果偏低。 
  4.刮平 
  刮平时注意轻轻锯割,用一金属直尺以近似 90°的角度架在试模模顶的一端,然后沿试模长度方向以横向锯割,动作慢慢向另一端移动,一次将多余的胶砂刮去,并用同一直尺近似水平的情况下将试体表面抹平。如手法掌握不当,用力不均,往往会使试体中出现裂纹或缺陷,对成型好的胶砂,搅动较大会使其强度降低。操作者应在不破坏试体原有振实状态的前提下,以合理的速度将多余的胶砂刮去并抹平。刮平时不得扒料,抹平次数也不宜过多。过多则会使胶砂试体中的水分过多地由内部向表层渗透,使胶砂试体表面泌水脱皮,影响表层密实度,并影响强度结果的准确性。 
  5.脱模 
  脱模不当会损伤试体,特别是对低标号水泥的强度影响更为明显,此时胶砂试体强度较低,因此脱模时动作轻。防止损伤胶砂试体,用橡胶锤轻轻侧击隔板端处脱下隔板,注意不能图快用力敲打端板或隔板。尤其不能敲打隔板,瞬间受力易使胶砂试体受到损伤,影响检测结果的强度。 
  6.破型 
  水泥胶砂试件按编号和龄期从养护水槽取出后,必须与原始记录本上的编号、日期一致,在强度试验前应用湿布覆盖,防止水分蒸发,在规定的时间内进行强度试验。抗折试验时,应抹去试件表面附着的水分和沙粒,然后摆正到抗折夹具上,刮平面横向摆放。抗折试验机夹具的三个受荷圆柱轴不能锈蚀,灵活转动,这样抗折机在施加荷载时,通过杠杆传递的灵敏度会加大,同时也会提高检测结果的准确性。抗压试验时,压力机正确地调整到零点,并选择正确的加荷速度。抗压夹具的滑动部分和球头部分应能保持良好的润滑。抗压夹具摆放在试验盒压板中心,清除试体受压面上下压板间的砂粒或杂物,以试体侧面为受压面。每测试一块用毛刷将上下压板刷净,避免砂粒等残留在压板上。 
  7.数字计算 
  在抗折试验结果中,当三个强度值中有超出平均值 ±10% 的结果,应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。在六个抗压强度测定值中有一个超过六个平均值的± 10% 时,就应剔除这个结果,而剩下的五个测定值中再有一个超过它们平均数的 ±10%,则此组结果作废。 
  结束语 
  水泥是建筑行业中起关键作用的建筑材料,但现实生活中,水泥的质量检测工作仍然存在着不足的地方。水泥质量检测作为具有一定难度并有相对高水平求的检测工作,在检测的时候由于会受到各种因素的影响,水泥检测受到外界影响的几率非常大,导致对水泥质量检测工作的求更加严格。因此,解决影响水泥检测的因素对提高水泥检测质量,从而进一步加强对建筑物质量的保证十分重。所以对于水泥检测工作的开展深入研究,并采取有效的控制措施,尽一切可能保证水泥质量的良好,从而促使建筑工程顺利、完美的开展。 
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