影響水泥膠砂強度檢測結(jié)果準確性的因素探討

周 東 華

(上海市市政公路工程檢測有限公司，上海 201108)

0 引言

水泥混凝土是當代建筑工程中重要的結(jié)構(gòu)材料，因其具有原料豐富，價格低廉，生產(chǎn)工藝簡單等特點應(yīng)用較為廣泛。水泥作為水泥混凝土中活性組成部分，其強度的大小直接影響著混凝土強度的高低，進而影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。水泥的強度檢測是水泥質(zhì)量控制的重要指標之一，同時又是現(xiàn)場混凝土質(zhì)量控制的重要依據(jù)。GB 175—2007通用硅酸鹽水泥對不同品種的硅酸鹽水泥3 d強度、28 d強度分別作了規(guī)定，要求不同齡期的強度不得小于規(guī)定值[1]。因此，減少試驗過程中各因素對強度檢測結(jié)果的影響，提高檢測結(jié)果的準確性是水泥膠砂強度檢測的重點。本文以上海S26公路入城段(G15～嘉閔高架路)新建工程為例，對造成水泥膠砂強度檢測結(jié)果偏差的因素進行探討。

1 工程概況及試驗

1.1 工程概況

上海S26公路入城段(G15～嘉閔高架路)新建工程項目，西接已通車的S26滬常高速公路，東接北翟高架路嘉閔立交，全長約7.08 km，全線設(shè)置G15公路立交、諸光路東側(cè)和金光路西側(cè)各1對上下匝道、嘉閔高架路立交。本工程水泥用量較大，質(zhì)量控制要求嚴格，在兩年多的建設(shè)期里，共進行了800余次水泥的質(zhì)量檢測。

1.2 試驗材料

水泥：普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，安徽銅陵海螺水泥檢測有限公司生產(chǎn)(已知水泥膠砂強度標準實測值為：Rf3=4.2 MPa，Rf28=6.3 MPa，Rc3=26.8 MPa，Rc28=46.6 MPa，以下簡稱“標準值”)。

1.3 試驗方法

按GB/T 1767—1999水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)執(zhí)行[2]。

2 影響因素與結(jié)果討論

2.1 人員的影響

人是水泥膠砂強度試驗的主體，也是試驗過程中不可缺少的角色。由于試驗人員業(yè)務(wù)能力的差異、技術(shù)水平參差不齊，會對檢測結(jié)果造成一定的影響。盡管GB/T 1767—1999水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)對水泥膠砂強度檢驗的方法、儀器、材料、試驗條件、操作步驟等進行了規(guī)定，但在操作過程中，對規(guī)范的理解不到位、對試驗操作過程不細心、責任心不強等，都會影響檢測結(jié)果的準確性。通過表1進行說明，表1是本實驗室組織4名試驗人員對同一水泥樣品進行比對的試驗結(jié)果。

表1 水泥膠砂強度檢驗比對結(jié)果

由表1的試驗人員比對結(jié)果可知，所有試驗人員的檢測結(jié)果實測值均能夠滿足標準[1]規(guī)定的P.O42.5水泥的3 d強度、28 d強度結(jié)果要求，但各試驗人員的檢測結(jié)果之間存在較大的偏差。為此，實驗室認真分析了本次比對試驗結(jié)果出現(xiàn)偏差的原因：

1)試驗人員甲：在試驗開始前，未對攪拌鍋和攪拌機葉片采用濕布進行擦拭，將稱量好的用水量加入攪拌鍋內(nèi)，在攪拌過程中一部分水粘于攪拌鍋與葉片之上，導(dǎo)致實際拌和用水量減小，即水灰比變小，因此測得的水泥膠砂強度結(jié)果偏高。

2)試驗人員乙：水泥膠砂試件在3 d齡期強度試驗時，未在標準[2]規(guī)定的時間內(nèi)進行試驗，提前了6 h，造成水泥水化時間短，3 d強度未完全形成。因此，測得水泥膠砂試件的3 d強度均偏低。

3)試驗人員丙：在水泥膠砂試件拆模時，圖方便、省事未采用橡皮榔頭進行脫模，而采用了鐵榔頭，對試模進行敲打。在水泥水化的初期，試件自身強度還不足以抵抗外界施加的擾動荷載，導(dǎo)致已發(fā)生水化反應(yīng)的水化物之間結(jié)構(gòu)破壞。因此，測得的水泥膠砂試件的3 d強度、28 d強度均偏低。

4)試驗人員丁：對水泥膠砂強度試驗檢測經(jīng)驗豐富、操作熟練，試驗過程嚴格按照標準要求進行，測得的水泥膠砂強度試驗結(jié)果與標準值相接近。

可見，人員的技術(shù)水平差異會直接影響水泥膠砂強度檢測結(jié)果的大小，因此應(yīng)定期組織試驗人員對水泥膠砂強度試驗的操作方法及注意事項進行培訓，避免人為因素對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.2 儀器的影響

水泥膠砂攪拌機和振實臺、試模是水泥膠砂強度檢驗中試件制作的基本工具，其各項參數(shù)指標直接影響檢測結(jié)果的準確性。在文獻[3]中研究了水泥膠砂攪拌機葉片和攪拌鍋之間的間隙對水泥強度膠砂檢測結(jié)果的影響，當間隙過大造成膠砂攪拌不均勻，檢測結(jié)果偏低，還有可能會出現(xiàn)三個試件檢測結(jié)果偏差過大，試驗無效[3]。為此，建材行業(yè)標準對水泥膠砂試件制作的基本工具做了相應(yīng)規(guī)定，如JC/T 681—2005行星式水泥膠砂攪拌機中明確規(guī)定了攪拌機葉片與鍋底、鍋壁的工作間隙為：3 mm±1 mm[4]。同時，在建材行業(yè)標準[5，6]中，對振實臺和試模的指標要求也做了相關(guān)規(guī)定，如標準[5]規(guī)定了振實臺的振幅為15.0 mm±0.3 mm、振動60次的時間為60 s±2 s、臺盤的總質(zhì)量為13.75 kg±0.25 kg等[5]。標準[6]規(guī)定了試模的尺寸為40 mm×40 mm×160 mm、試模凈重為6.0 kg±0.25 kg等[6]。但是不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的振實臺和試模其尺寸和質(zhì)量有所不同，在選擇膠砂試模和振實臺時，應(yīng)考慮試模與振實臺的匹配性[2]，當試模與振實臺不匹配時，會影響檢測結(jié)果的準確性。表2是采用同一水泥樣品、同一臺膠砂攪拌機、同一臺振實臺，不同重量的成型試模測定的水泥膠砂強度結(jié)果。

表2 不同重量的膠砂試模對水泥膠砂強度檢測結(jié)果的影響

由表2可知，質(zhì)量為6.08 kg的試模，重量偏小，膠砂下落時沖擊減小，膠砂振動不夠密實。與標準值相比較，水泥膠砂試件的3 d強度、28 d強度檢測結(jié)果均偏低；質(zhì)量為6.22 kg的試模，重量大小與振實臺匹配較好，水泥膠砂試件的3 d強度、28 d強度檢測結(jié)果與標準值較為接近；質(zhì)量為6.48 kg的試模，重量偏重，膠砂下落時沖擊增大，振動過于密實，水泥膠砂試件的3 d和28 d強度檢測結(jié)果與標準值相比較，均偏高。

2.3 材料的影響

水泥顆粒在空氣中極易吸收水分，與空氣接觸的水泥容易水化結(jié)塊。因此水泥在試驗前，應(yīng)嚴格按照標準要求進行取樣，通過0.9 mm方孔篩，保證水泥性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)均勻是確保水泥膠砂強度檢測結(jié)果準確的前提[7]。表3是水泥樣品在檢測前，通過0.9 mm方孔篩與未過篩的試驗結(jié)果對比。

表3 樣品過篩與未過篩的強度結(jié)果對比

由表3可知，水泥樣品未通過0.9 mm方孔篩時，由于水泥在運輸、取樣、存放過程中難免會有一部分水泥顆粒與空氣接觸，和空氣中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，表面水化的水泥顆粒之間凝結(jié)成團，形成不同程度的結(jié)塊，造成被測樣品顆粒不均勻[7]。同時，水泥結(jié)塊后，水泥的活性降低。因此，測得的水泥膠砂試件的3 d強度、28 d強度結(jié)果均偏低，且檢測結(jié)果離散性較大。

2.4 方法的影響

水泥膠砂強度檢驗過程是一項操作繁雜、齡期較長的工作。為此，標準[2]中對操作方法及注意事項作了相關(guān)規(guī)定，但不同試驗人員技術(shù)水平與操作方法的差異，會影響檢測結(jié)果的準確性。如，在膠砂試件成型的過程中，取走模套進行刮平時，未嚴格按標準[2]要求進行操作時，會導(dǎo)致膠砂試體高于模套；或者在刮去多余膠砂時，反復(fù)抹平試體表面等都會影響強度檢測結(jié)果的大小。通過表4來說明。

由表4可知，方法一，水泥膠砂試體在刮平過程中，未按標準要求的近似90°的角度進行刮平，造成膠砂試體高于試模模頂，在進行強度試驗時，由于試件的受壓面積增大，導(dǎo)致水泥膠砂試件的3 d強度結(jié)果、28 d強度結(jié)果與標準值相比較均偏大。方法二，水泥膠砂試體在抹平時，進行了多次反復(fù)抹平，造成水泥漿上浮于試件表面，水泥終凝后出現(xiàn)試件表面水泥漿起皮、脫落現(xiàn)象，水泥膠砂試件的實際水泥用量和試件尺寸均變小。因此，水泥膠砂試件的3 d強度結(jié)果、28 d強度結(jié)果與標準值相比較均偏小。

表4 不同操作方法測定的水泥膠砂強度檢測結(jié)果

2.5 溫度的影響

水泥膠砂強度檢測對環(huán)境有著嚴格的要求，在標準[2]中規(guī)定了試體成型時實驗室溫度應(yīng)保持在20 ℃±2 ℃，相對濕度應(yīng)不低于50%，同時又規(guī)定了水泥樣品、拌和用水、ISO標準砂、試驗用器具的溫度應(yīng)與實驗室相同[2]。可見，溫度對檢測結(jié)果影響的重要性。表5是試體成型時不同的拌和水的溫度對強度結(jié)果的影響。

表5 試體成型時不同的拌和水的溫度對強度結(jié)果的影響

由表5可知，當拌和水溫為15 ℃時，在成型的過程中溫度較低，水泥水化速度較慢，測得水泥膠砂試件3 d強度結(jié)果與標準值相比較，均偏小，而28 d強度結(jié)果與標準值相比較，偏差不大。當拌和水溫為20 ℃時，測得水泥膠砂試件的3 d強度、28 d強度結(jié)果與標準值相比較，結(jié)果較為接近。當拌和水溫為25 ℃時，在成型的過程中溫度較高，水泥水化速度較快，測得水泥膠砂試件3 d強度結(jié)果與標準值相比較，均偏大，而28 d強度結(jié)果與標準值相比較，偏差不大。可見，拌和用水的溫度過高或過低都會對水泥膠砂試件3 d強度檢測結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此，應(yīng)按標準[2]要求對實驗室溫度進行嚴格控制，且確保拌和用水的溫度與實驗室溫度保持一致是非常有必要的。

3 結(jié)語

水泥膠砂強度檢測，受諸多因素的影響，可能會造成檢測結(jié)果出現(xiàn)一定偏差。作為試驗檢測人員應(yīng)不斷進行總結(jié)、分析原因，努力提高自己的理論知識與操作技術(shù)水平，及時學習了解新標準、新方法的應(yīng)用，在檢測過程中嚴格按標準要求進行檢測，避免對檢測結(jié)果造成影響。當然，影響水泥膠砂強度檢測結(jié)果的因素不限于本文所分析的幾個因素，可能還存在其他的影響因素，如文獻[3]中研究了壓力機壓板和夾具、成型溫度、養(yǎng)護溫度等因素對檢測結(jié)果的影響。因此，試驗檢測人員在檢測過程中需不斷的探索和改進，提高水泥檢測結(jié)果的準確性，嚴格把控材料質(zhì)量，確保為工程建設(shè)提供可靠的檢測數(shù)據(jù)。