潘長春 （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。強度是水泥的重要技術(shù)指標，水泥強度檢測結(jié)果是否準確直接關(guān)系到水泥質(zhì)量的評定，影響檢測結(jié)果的因素有儀器設(shè)備、操作過程、檢測環(huán)境和實驗數(shù)據(jù)處理等方面，其中試件成型的入模刮平和養(yǎng)護環(huán)境的溫濕度是兩個關(guān)鍵因素。水泥強度測定參照國標《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）進行，本文依托于擁有CMA資質(zhì)認證的安徽理工大學(xué)土木工程材料重點實驗室。

1 實驗要求及目的

①熟悉水泥膠砂制備和養(yǎng)護條件的要求，初步掌握基本配合比的方法；②熟悉實驗篩、試件成型振實臺和抗折、抗壓試驗機等儀器設(shè)備；③測定水泥膠砂試件抗折、抗壓強度，評定水泥的強度等級；④培養(yǎng)精準處理和分析實驗數(shù)據(jù)能力。

2 實驗設(shè)備及條件

2.1 主要實驗設(shè)備

行星式水泥膠砂攪拌機、水泥膠砂試體成型振實臺、水泥抗折抗壓強度試驗機及抗折抗壓夾具（圖1）、實驗篩、刮平直尺，播料器和三聯(lián)膠砂試模等。

圖1 水泥抗折抗壓試驗機及抗折抗壓夾具

2.2 實驗條件

標準砂：對標準砂作全面明確規(guī)定是困難的，因此在質(zhì)量控制時使砂子與ISO基準砂比對標

準化是必要的；標準砂使用前應(yīng)小心存儲，不得受潮。ISO基準砂顆粒分布如表1。

ISO基準砂的顆粒分布 表1

水泥：從取樣至實驗開始超24h時，應(yīng)貯存在裝滿和密封容器里。

水：一般實驗可用飲用水，爭議時用蒸餾水或去離子水。

養(yǎng)護環(huán)境：實驗室溫度應(yīng)在20℃±2℃，相對濕度≥50%；養(yǎng)護箱或霧室溫度保持在20℃±1℃，相對濕度≥90%；養(yǎng)護池水溫度應(yīng)在20℃±1℃，試件間隙≥5mm，水面高出試件≥5mm。

3 實驗步驟、檢測方法及要點

3.1 試件制備步驟及要點

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：標準砂=1：3，水灰比為0.5，質(zhì) 量 為：水 泥450±2g，標 準 砂1350±5g，水225±1L），先把水加鍋里，再加水泥，固定攪拌鍋；然后啟動膠砂攪拌機，低速攪拌30s后，再用30s將標準砂均勻加入，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，振實60次，第二層，再振實60次；振實完畢，取下試模，刮平，標記放入養(yǎng)護箱或霧室養(yǎng)護；脫模時，齡期≤24h的，在實驗前20min內(nèi)脫模；齡期≥24h，在成型后20～24h脫模，按齡期養(yǎng)護。

要點：裝第一層時，每個槽內(nèi)約放300 g膠砂，用大播料器沿每個槽來回1次將料層播平，振實60次；入第二層膠砂，用小播料器播平，振實60次；要確保每個模槽先后加入物料相等，從而保證3個模槽的振實狀態(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)準均勻，避免后部膠砂被粘連帶走，形成尺寸缺陷。

3.2 檢測方法及要點

抗折強度檢測：按齡期測定強度，實驗前30min取試件，用濕布擦拭表面，置5-10分鐘，再入夾具內(nèi)，啟動抗折試驗機以（50±10）N/s的速度進行加荷，直至試件折斷，記錄破壞荷載（N）或抗折強度（MPa）.

抗壓強度檢測：將抗折后的6個斷塊分入抗壓夾具，使夾具對準壓力機壓板中心，啟動抗壓試驗機，以（2400±200）N/s的速度均勻加荷至破壞，記錄破壞荷載（N）。

要點：檢測時，抗折試驗機調(diào)零帶試件調(diào)整，消除本身重量引起誤差；抗壓試驗機調(diào)零在活塞上升適當(dāng)距離后進行，消除活塞和夾具重量引起誤差，壓力機球座要能自由調(diào)節(jié)，保證試件與壓板緊密接觸，受力均勻；夾具要求上下對正，適時調(diào)整。

4 關(guān)鍵影響因素實驗

4.1 試件制作

由于養(yǎng)護環(huán)境、人員操作和檢測設(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)護環(huán)境溫濕度改變下對水泥膠砂強度的影響變化規(guī)律，根據(jù)水泥砂漿實驗?zāi)Ｐ偷闹谱骼碚?，試件尺度為長160mm、寬40mm和高40mm，材料包含普通硅酸鹽水泥（P.O42.5）、標準砂及水，按照ISO標準法的配合比配置，分層澆筑振實養(yǎng)護成型。

4.2 實驗方案及結(jié)果

測試齡期為3d、7d和28d的水泥膠砂強度，圖2中強度數(shù)據(jù)是根據(jù)實驗記錄或經(jīng)檢測數(shù)據(jù)由公式換算而來，數(shù)據(jù)處理按照ISO標準要求進行（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、抗壓強度。

項目一：主要考慮成型過程中入模刮平操作因素對水泥膠砂抗折、抗壓強度的影響規(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標準法要求；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度曲線如圖2。

圖2 不同入模刮平操作下水泥膠砂強度數(shù)據(jù)變化圖

項目二：主要考慮養(yǎng)護環(huán)境中溫濕度因素對水泥膠砂抗折、抗壓強度的影響規(guī)律，養(yǎng)護箱環(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標準法要求（溫

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

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

4.3 實驗分析

目前應(yīng)用較多是ISO標準法進行檢測，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)護環(huán)境溫濕度發(fā)生變化情況下，對水泥膠砂強度的影響，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。

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

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

因此，從單純的膠砂成型入模刮平操作來看，按照ISO標準進行綜合檢測效果最好，若操作不當(dāng)會使試件造成缺陷，對檢測結(jié)果產(chǎn)生嚴重影響，且不利于試件后期強度的繼續(xù)發(fā)展，因此，在實驗檢測和工程實踐中要嚴格按照標準仔細操作，保證檢測結(jié)果精準和施工質(zhì)量。

項目二圖3給出了不同養(yǎng)護環(huán)境溫濕度下水泥膠砂強度數(shù)據(jù)情況，從圖3(a)中對比可以明顯看出：齡期3d的抗折強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度≥3.5MPa的要求，第一種最大是因為溫度偏高，水泥水化、凝結(jié)硬化快，結(jié)果水泥強度偏高；齡期7d和28d的抗折強度前兩種基本上一致，滿足標準要求，這是因為第一種雖然溫度偏高，由于濕度太大在試模表面發(fā)生積水，后期脫皮現(xiàn)象嚴重不利于強度的發(fā)展，導(dǎo)致強度降低，最終抗折強度和第二種標準方法養(yǎng)護的數(shù)據(jù)基本相近；盡管第三種抗折強度值在3d和7d仍最小，但在齡期28d抗折強度為8.7MPa，從第三種方法看溫度濕度均最低，前期呈現(xiàn)出低強度態(tài)勢，隨著養(yǎng)護時間的推移，后期28d抗折強度也表現(xiàn)良好，滿足水泥膠砂強度≥6.5MPa的要求，且和前兩種方法抗折強度值基本接近。

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

項目二充分說明溫濕度對水泥早期強度的影響要比對后期強度的影響更大，因此，精準記錄實驗養(yǎng)護環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)及其變化，及時調(diào)整養(yǎng)護環(huán)境對實驗檢測至關(guān)重要。

5 結(jié)語

①單純?nèi)肽９纹讲僮鲗λ嗄z砂強度檢測結(jié)果產(chǎn)生較嚴重影響，且不利于后期強度發(fā)展。

②養(yǎng)護環(huán)境的溫濕度對水泥膠砂早期強度的影響要比對后期強度的影響更大。

③整體上入模刮平操作對水泥抗折抗壓強度數(shù)據(jù)的影響要比養(yǎng)護環(huán)境的溫濕度影響較大些，前者數(shù)據(jù)離散大，后者離散小；

④加強和提高檢測人員操作規(guī)范和技能，嚴格按溫濕度標準要求執(zhí)行，及時記錄和調(diào)整溫濕度數(shù)據(jù)，可有效保證實驗檢測數(shù)據(jù)精準性和有效性。