影响水泥胶砂抗压强度检验准确性的因素与分析

2023-07-10赵永林

品牌与标准化 2023年1期

【摘要】针对GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检验中影响检测准确性的“人机料法环”五大因素，结合文献资料，从标准适用范围、实验室规划布局、仪器设备管理、样品贮存、环境条件、关键易忽视的检测设备、人员操作习惯等诸多环节入手，结合对异常检测结果的复盘排查，系统分析了影响水泥胶砂抗压强度检测值的主要根源，提出了具体提高检测准确性的举措。

【关键词】水泥；抗压强度；准确性；分析探讨

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.046

Factors and Analysis Affecting the Accuracy of Cement Mortar Compressive Strength Test

ZHAO Yong-lin

（Hanzhong Quality and Technology Supervision Inspection and Testing Center，Hanzhong 723000，China）

Abstract：In view of the five factors of "man-machine material method ring" affecting the detection accuracy in the strength test of GB/ T 17671—1999 cement mortar， combined with the literature， starting from the standard scope of application， laboratory planning and layout， instrument and equipment management， sample storage， environmental conditions， key and easily neglected detection equipment， personnel operation habits and other links， combined with the repeated investigation of abnormal detection results， This paper systematically analyzes the main causes affecting the test value of compressive strength of cement mortar， and puts forward specific measures to improve the test accuracy.

Key words：cement；compressive strength；accuracy；analysis and discussion

1检验标准适用范围

现行水泥胶砂强度检验标准为GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》，替代标准为GB/T 17671—2021，于2022年7月1日实施。该标准适用于通用硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥胶砂抗折和抗压强度检验，其他水泥和材料可参考使用。但不适用初凝时间很短的水泥。油井水泥、深水油井水泥则另行制定有检验方法。

2实验室设计规定

水泥强度检验实验室应符合T/CBMF 17—2017要求的试验及环境条件，压力试验机、养护室等宜单独供电且配备UPS电源；样品室、标准砂储存室与化学试剂室、高温室应隔开，电子天平与振实台、胶砂流动度测定仪等振动设备远离布置；振实台、流动度测定仪的地基、安装应满足JC/T 682、JC/T 958标准规定。

3检验用主要仪器设备

水泥强度检验用主要仪器设备为电子天平、搅拌机、流动度测定仪、试模、振实台、抗折强度试验机、抗压强度试验机、抗压夹具等，除了对检验结果影响较大的抗压夹具校准周期3-12月、养护箱校准周期6个月外，其余设备一般校准周期为1年，但在两次校准周期内应根据使用频次至少进行1次期间核查。对易磨损的胶砂搅拌叶片应核查与锅体间隙是否符合（3±1）mm的规定、叶片是否弯曲变形，对振实台要定期检查其振幅是否超出（15.0±0.3）mm范围，定期用标准水泥样品比对抗压夹具的短期和长期检测结果稳定性。

4检验过程和环境条件

按胶砂配比（水泥：〔450±2〕g，中国ISO标准砂：〔1350±5〕g，水〔或蒸馏水〕：〔225±1〕g或〔225±1〕mL）进行配料，经搅拌、装模、振实制备成规格为（40×40×160）mm的试块，经蒸汽养护1 d，脱模后试体在水中养护至要求的龄期时（例：3 d±45 min，28 d±8 h）进行抗折、抗壓强度测定，试验结果精确至0.1 MPa。有关试验条件和温湿度监控记录频次见表1。

5影响检验结果准确性的因素分析

5.1样品储存

水泥成型实验室环境条件一般规定为（20±2）℃、≥50% RH，方法标准对相对湿度未做上限要求，如果实验室湿度偏大待检水泥易受潮会导致强度下降。为验证干燥、潮湿环境对水泥强度的影响，将1500 g标准水泥样品均匀分成三等份，按表1包装、贮存条件放置7 d后进行3d抗压强度对比试验（表2），与密闭干燥器贮存的样品相对比，在≥95% RH环境下的样品3d强度下降了4.1 MPa，当环境湿度为（50～70）% RH时，3d强度几乎不受影响。因此，将成型室湿度控制在（50～ 60）% RH或将待检水泥样品贮存干燥气密容器中是很有必要的。

5.2标准砂

中国ISO标准砂每小袋质量为（1350±5）g，有些检验人员在配制胶砂时并没有称量标准砂净重的习惯，实际上在搬运、拆袋中造成袋体破损或储存环境潮湿均会引起标准砂质量发生变化，表3为在潮湿环境中贮存的标准砂质量，其最大超允差达6.4 g，但砂子表观干散不黏聚，流动性好，肉眼无法判断以已经受潮。因此，要注意标准砂的规范管理，使用前逐袋称重，符合要求的用以水泥胶砂配料。

5.3养护箱

笔者曾对某实验室设定值为20.0℃、95% RH的养护箱三个区域进行过温、湿度测试，实际温、湿度值差异较大（见表4），最佳区域在养护箱的中部，其次为上部，最下部不适合养护试体。长期试验观察发现，养护箱运行时附着在内壁、隔板上的水滴滴落至带模养护试块表面会延缓水泥表面浆体硬化，影响强度检测结果。另外，如果隔板倾斜会导致低端砂浆富集，造成表面不平整，将使水泥胶砂抗压强度值之间的偏差增大。

5.4试验用水

马井雨等研究表明[1]：水泥浆体抗压强度随拌合水的pH值（11.0→12.5）增加而增大，当pH达12.0时达到最大，随后呈现下降趋势。某水泥化验室[2]水泥抗压强度对标检验误差较大，系统排查发现是由养护水碱度引起的，经调整养护水的碱度（pH值：5.8→8）后，对标合格率从64%提高到90%以上。试验中应使用符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》的饮用水，仲裁或其他产品质量监督抽查、能力验证等重要试验应使用蒸馏水，水泥试块养护中养护水不得全部更换，以确保水质不影响检验结果。

5.5胶砂试模

水泥胶砂试模应符合JC/T 726—2005《水泥胶砂试模》规定，实验室往往忽视试模质量的核查，笔者对实验室10组水泥试模定期核查中发现不同厂家生产的试模质量差异较大（质量极差达0.38 kg），个别试模质量已超出6.00～6.50 kg范围，部分试模组件存在混合装配，底座、隔板、端板之间不匹配、松动且缝隙较大，导致装模后水泥胶砂出现漏跑浆现象，影响胶砂强度。应在日常注意对使用完的试模进行清洁、刷油保养，正确装配试模，及时淘汰不符合规定的试模，使用质量接近的两组试模用以同组水泥胶砂强度试验。

5.6抗压夹具

抗压夹具是引起水泥胶砂抗压强度产生系统性误差的最重要因素之一。任学佼等人[3]分析了出厂水泥抗压强度检测值异常波动的原因，发现是夹具磨损后摩擦阻力增大和承压面面积减小引起的，用新、旧夹具比对水泥强度偏差达20%以上。笔者在检验中发现，试块在抗压夹具中倾斜放置最大会导致承压面面积减少15%，使得抗压夹具轴心与试块承压面中点偏移最大达7 mm，若試块未紧贴左侧两个定位销放置将引起上压板部分区域无法与试块接触，直接导致抗压强度检测结果出现较大偏差。

5.7试块质量与强度

搅拌完毕后的水泥胶砂分两次装入试模中，为验证胶砂成型试块质量是否一致，对24 h蒸汽养护后拆模试块进行质量测定，结果表明：正常操作中装模胶砂质量相对均匀，在同一试模中三个试块质量差异较小，试块质量不是导致水泥胶砂抗压强度出现较大偏差的原因。

5.8人员操作习惯

在环境温湿度、仪器设备性能状态均满足试验要求的条件下，人员操作直接决定着检验结果是否准确。在胶砂搅拌前未核查仪器设备状态，搅拌机叶片和锅内壁未清洁润湿或锅内有残留水，或锅底物料趴锅未拌起，搅拌中手动抬高锅体导致叶片发生形变，削平操作不当引起试块高度差异，脱模敲打力度过大损伤试体，28 d龄期未补充加水养护水位低于试块上端面，试块在抗压夹具中摆放歪斜，未正确设置或抗压试验机加荷速度（2400±200 N/s）不符合要求等均是最容易忽视的操作细节问题，都会引起检测值不准确。

5.9异常检测结果分析

笔者实验室用已知结果的水泥样品对新进检验人员进行岗前操作考核，其中1#样品六个3d抗压强度检测值偏差很大，极差达16.1 MPa，检测数据无效作废，2#样品6个抗压强度检测数据有效但偏差稍大。经模拟复原实验发现引起强度偏差大的共性原因有：1）胶砂搅拌时锅底未人工干预拌起导致胶砂搅拌不均匀；2）个别水泥试模隔板与底板间隙大出现漏浆；3）振实台套模紧固螺丝未拧紧，在振动中出现松动引起试模体旷动影响胶砂振实效果；4）在清理抗压试验破坏残样时触碰夹具，导致夹具发生位移与压力机上下压板不同轴；5）部分试块放置时未严格紧贴夹具定位销出现试体倾斜，引起试块受压面积减小。观察2#样品发现试体上表面削平不平整，经测量3条试体高度差分别为1.22 mm、1.20 mm、2.94 mm，高度差会引起试体受压面积变化，从而导致抗压强度出现偏差。

6提高檢测准确度的举措

1）待检测水泥样品应贮存在密闭且不与水泥发生反应的器皿中，标准砂应储存在通风、干燥的室温、湿度≤50%RH环境中，在使用前逐袋称重。对涉及能力验证、实验室间比对、监督抽查检验等重要样品应选用蒸馏水进行试验，试验前水泥、标准砂和水的温度应在实验室温度（20±2）℃范围内。

2）对所有有计量性能要求的检测仪器应按规定进行检定或校准，对抗折、抗压试验机还应进行加荷速度计量校准，定期对抗压夹具进行检测数据对比跟踪，及时检查并更换因使用磨损、变形后不符合要求的播料器、削平尺等辅助设备。

3）严格按标准规定调节成型、带模养护、水中养护等环节的环境条件并进行监控，注意使用温湿度表、养护箱校准修正值。养护箱养护水泥试块应置于中、上部搁架，每一品种的水泥样品应单独养护，期间养护水不得全部更换。

4）重视人员操作技能培训，上岗前须经盲样考核、能力确认合格，采取内、外部对比等方式持续进行人员在样品处理、调节温湿度、削平成型与破型操作、使用设备等检测环节的监控监督。对于28d强度的测定，短期重复性试验变异系数控制在≤2%，再现性试验变异系数≤4%，3d强度可参照控制。如果比对超差，应及时进行系统排查分析并加以改进。