影響水泥膠砂抗壓強度檢驗準確性的因素與分析

【摘要】針對GB/T 17671—1999水泥膠砂強度檢驗中影響檢測準確性的“人機料法環”五大因素，結合文獻資料，從標準適用范圍、實驗室規劃布局、儀器設備管理、樣品貯存、環境條件、關鍵易忽視的檢測設備、人員操作習慣等諸多環節入手，結合對異常檢測結果的復盤排查，系統分析了影響水泥膠砂抗壓強度檢測值的主要根源，提出了具體提高檢測準確性的舉措。

【關鍵詞】水泥；抗壓強度；準確性；分析探討

【DOI編碼】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檢驗標準適用范圍

現行水泥膠砂強度檢驗標準為GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》，替代標準為GB/T 17671—2021，于2022年7月1日實施。該標準適用于通用硅酸鹽水泥、石灰石硅酸鹽水泥膠砂抗折和抗壓強度檢驗，其他水泥和材料可參考使用。但不適用初凝時間很短的水泥。油井水泥、深水油井水泥則另行制定有檢驗方法。

2實驗室設計規定

水泥強度檢驗實驗室應符合T/CBMF 17—2017要求的試驗及環境條件，壓力試驗機、養護室等宜單獨供電且配備UPS電源；樣品室、標準砂儲存室與化學試劑室、高溫室應隔開，電子天平與振實臺、膠砂流動度測定儀等振動設備遠離布置；振實臺、流動度測定儀的地基、安裝應滿足JC/T 682、JC/T 958標準規定。

3檢驗用主要儀器設備

水泥強度檢驗用主要儀器設備為電子天平、攪拌機、流動度測定儀、試模、振實臺、抗折強度試驗機、抗壓強度試驗機、抗壓夾具等，除了對檢驗結果影響較大的抗壓夾具校準周期3-12月、養護箱校準周期6個月外，其余設備一般校準周期為1年，但在兩次校準周期內應根據使用頻次至少進行1次期間核查。對易磨損的膠砂攪拌葉片應核查與鍋體間隙是否符合（3±1）mm的規定、葉片是否彎曲變形，對振實臺要定期檢查其振幅是否超出（15.0±0.3）mm范圍，定期用標準水泥樣品比對抗壓夾具的短期和長期檢測結果穩定性。

4檢驗過程和環境條件

按膠砂配比（水泥：〔450±2〕g，中國ISO標準砂：〔1350±5〕g，水〔或蒸餾水〕：〔225±1〕g或〔225±1〕mL）進行配料，經攪拌、裝模、振實制備成規格為（40×40×160）mm的試塊，經蒸汽養護1 d，脫模后試體在水中養護至要求的齡期時（例：3 d±45 min，28 d±8 h）進行抗折、抗壓強度測定，試驗結果精確至0.1 MPa。有關試驗條件和溫濕度監控記錄頻次見表1。

5影響檢驗結果準確性的因素分析

5.1樣品儲存

水泥成型實驗室環境條件一般規定為（20±2）℃、≥50% RH，方法標準對相對濕度未做上限要求，如果實驗室濕度偏大待檢水泥易受潮會導致強度下降。為驗證干燥、潮濕環境對水泥強度的影響，將1500 g標準水泥樣品均勻分成三等份，按表1包裝、貯存條件放置7 d后進行3d抗壓強度對比試驗（表2），與密閉干燥器貯存的樣品相對比，在≥95% RH環境下的樣品3d強度下降了4.1 MPa，當環境濕度為（50～70）% RH時，3d強度幾乎不受影響。因此，將成型室濕度控制在（50～ 60）% RH或將待檢水泥樣品貯存干燥氣密容器中是很有必要的。

5.2標準砂

中國ISO標準砂每小袋質量為（1350±5）g，有些檢驗人員在配制膠砂時并沒有稱量標準砂凈重的習慣，實際上在搬運、拆袋中造成袋體破損或儲存環境潮濕均會引起標準砂質量發生變化，表3為在潮濕環境中貯存的標準砂質量，其最大超允差達6.4 g，但砂子表觀干散不黏聚，流動性好，肉眼無法判斷以已經受潮。因此，要注意標準砂的規范管理，使用前逐袋稱重，符合要求的用以水泥膠砂配料。

5.3養護箱

筆者曾對某實驗室設定值為20.0℃、95% RH的養護箱三個區域進行過溫、濕度測試，實際溫、濕度值差異較大（見表4），最佳區域在養護箱的中部，其次為上部，最下部不適合養護試體。長期試驗觀察發現，養護箱運行時附著在內壁、隔板上的水滴滴落至帶模養護試塊表面會延緩水泥表面漿體硬化，影響強度檢測結果。另外，如果隔板傾斜會導致低端砂漿富集，造成表面不平整，將使水泥膠砂抗壓強度值之間的偏差增大。

5.4試驗用水

馬井雨等研究表明[1]：水泥漿體抗壓強度隨拌合水的pH值（11.0→12.5）增加而增大，當pH達12.0時達到最大，隨后呈現下降趨勢。某水泥化驗室[2]水泥抗壓強度對標檢驗誤差較大，系統排查發現是由養護水堿度引起的，經調整養護水的堿度（pH值：5.8→8）后，對標合格率從64%提高到90%以上。試驗中應使用符合GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》的飲用水，仲裁或其他產品質量監督抽查、能力驗證等重要試驗應使用蒸餾水，水泥試塊養護中養護水不得全部更換，以確保水質不影響檢驗結果。

5.5膠砂試模

水泥膠砂試模應符合JC/T 726—2005《水泥膠砂試?！芬幎?，實驗室往往忽視試模質量的核查，筆者對實驗室10組水泥試模定期核查中發現不同廠家生產的試模質量差異較大（質量極差達0.38 kg），個別試模質量已超出6.00～6.50 kg范圍，部分試模組件存在混合裝配，底座、隔板、端板之間不匹配、松動且縫隙較大，導致裝模后水泥膠砂出現漏跑漿現象，影響膠砂強度。應在日常注意對使用完的試模進行清潔、刷油保養，正確裝配試模，及時淘汰不符合規定的試模，使用質量接近的兩組試模用以同組水泥膠砂強度試驗。

5.6抗壓夾具

抗壓夾具是引起水泥膠砂抗壓強度產生系統性誤差的最重要因素之一。任學佼等人[3]分析了出廠水泥抗壓強度檢測值異常波動的原因，發現是夾具磨損后摩擦阻力增大和承壓面面積減小引起的，用新、舊夾具比對水泥強度偏差達20%以上。筆者在檢驗中發現，試塊在抗壓夾具中傾斜放置最大會導致承壓面面積減少15%，使得抗壓夾具軸心與試塊承壓面中點偏移最大達7 mm，若試塊未緊貼左側兩個定位銷放置將引起上壓板部分區域無法與試塊接觸，直接導致抗壓強度檢測結果出現較大偏差。

5.7試塊質量與強度

攪拌完畢后的水泥膠砂分兩次裝入試模中，為驗證膠砂成型試塊質量是否一致，對24 h蒸汽養護后拆模試塊進行質量測定，結果表明：正常操作中裝模膠砂質量相對均勻，在同一試模中三個試塊質量差異較小，試塊質量不是導致水泥膠砂抗壓強度出現較大偏差的原因。

5.8人員操作習慣

在環境溫濕度、儀器設備性能狀態均滿足試驗要求的條件下，人員操作直接決定著檢驗結果是否準確。在膠砂攪拌前未核查儀器設備狀態，攪拌機葉片和鍋內壁未清潔潤濕或鍋內有殘留水，或鍋底物料趴鍋未拌起，攪拌中手動抬高鍋體導致葉片發生形變，削平操作不當引起試塊高度差異，脫模敲打力度過大損傷試體，28 d齡期未補充加水養護水位低于試塊上端面，試塊在抗壓夾具中擺放歪斜，未正確設置或抗壓試驗機加荷速度（2400±200 N/s）不符合要求等均是最容易忽視的操作細節問題，都會引起檢測值不準確。

5.9異常檢測結果分析

筆者實驗室用已知結果的水泥樣品對新進檢驗人員進行崗前操作考核，其中1#樣品六個3d抗壓強度檢測值偏差很大，極差達16.1 MPa，檢測數據無效作廢，2#樣品6個抗壓強度檢測數據有效但偏差稍大。經模擬復原實驗發現引起強度偏差大的共性原因有：1）膠砂攪拌時鍋底未人工干預拌起導致膠砂攪拌不均勻；2）個別水泥試模隔板與底板間隙大出現漏漿；3）振實臺套模緊固螺絲未擰緊，在振動中出現松動引起試模體曠動影響膠砂振實效果；4）在清理抗壓試驗破壞殘樣時觸碰夾具，導致夾具發生位移與壓力機上下壓板不同軸；5）部分試塊放置時未嚴格緊貼夾具定位銷出現試體傾斜，引起試塊受壓面積減小。觀察2#樣品發現試體上表面削平不平整，經測量3條試體高度差分別為1.22 mm、1.20 mm、2.94 mm，高度差會引起試體受壓面積變化，從而導致抗壓強度出現偏差。

6提高檢測準確度的舉措

1）待檢測水泥樣品應貯存在密閉且不與水泥發生反應的器皿中，標準砂應儲存在通風、干燥的室溫、濕度≤50%RH環境中，在使用前逐袋稱重。對涉及能力驗證、實驗室間比對、監督抽查檢驗等重要樣品應選用蒸餾水進行試驗，試驗前水泥、標準砂和水的溫度應在實驗室溫度（20±2）℃范圍內。

2）對所有有計量性能要求的檢測儀器應按規定進行檢定或校準，對抗折、抗壓試驗機還應進行加荷速度計量校準，定期對抗壓夾具進行檢測數據對比跟蹤，及時檢查并更換因使用磨損、變形后不符合要求的播料器、削平尺等輔助設備。

3）嚴格按標準規定調節成型、帶模養護、水中養護等環節的環境條件并進行監控，注意使用溫濕度表、養護箱校準修正值。養護箱養護水泥試塊應置于中、上部擱架，每一品種的水泥樣品應單獨養護，期間養護水不得全部更換。

4）重視人員操作技能培訓，上崗前須經盲樣考核、能力確認合格，采取內、外部對比等方式持續進行人員在樣品處理、調節溫濕度、削平成型與破型操作、使用設備等檢測環節的監控監督。對于28d強度的測定，短期重復性試驗變異系數控制在≤2%，再現性試驗變異系數≤4%，3d強度可參照控制。如果比對超差，應及時進行系統排查分析并加以改進。

7結語

影響水泥膠砂抗壓強度的因素很多，水泥取樣代表性或均勻性、膠砂配合比偏差、膠砂攪拌不均勻、振實密實度差異、人員操作手法不一致、環境條件與儀器設備不符合要求等因素都會影響抗壓強度檢測值，在日常檢測中應加強檢測結果質量監控，認真分析引起結果偏差的原因，采取有效措施提高檢測準確性。

【參考文獻】

[1]馬井雨，周宗輝，楊鳳萍. pH值對水泥水化性能的影響[J].水泥工程，2013（5）：13-15.

[2]宋延秋.養護水堿度對水泥強度試驗的影響[J].建材標準化與質量管理，1999（1）：22-23.

[3]任學佼，龔海滔，程漢丹，等.抗壓夾具對水泥膠砂強度試驗結果的影響及應對措施[J].北方建筑，2018，3（3）：76-78.

【作者簡介】

趙永林，男，1981年出生，質量檢驗工程師，研究方向為實驗室質量管理、建材產品質量檢驗。

（編輯：李鈺雙）