水泥胶砂强度在工程中的应用检测与分析
文章摘要：随着我国公路运输事业的发展，行车密度、载重和速度日益提高，对路面工程提出了更高要求。而水泥路面的强度高、耐久性好，能适应重载、高速而繁密的汽车运输的要求。特别是随着水泥工业的发展，使得混凝土路面的采用越来越广泛，同时对混凝土路面的施工质量控制更加严格。本文从理论结合实际操作的角度对水泥胶砂强度试验及水泥在工程中的运用进行了分析，希望对路面施工工作有所启发和帮助。
关键词：水泥 胶砂强度 试验 误差 错误
水泥作为一种重要的建筑材料，广泛应用于工程建设领域。由于水泥具有强度高、承载能力强、刚度大、稳定性好、扩散荷载能力强、耐久性优良等优点，水泥材料在建筑工程中得到广泛应用。水泥强度是评价水泥质量的重要指标，是划分水泥强度等级，更是控制各类水泥混凝土配比的重要基础参数，应在全省范围的公路水运试验检测机构中开展水泥比对试验，以验证各试验室试验检测能力，促使试验检测机构不断提高试验检测技术能力和管理水平。
1 建筑工程中对材料的要求
建筑材料水泥适用广泛且具有一定的优越性，在使用中能达到结构和技术方面的性能要求与混凝土原材料的品质及混合料的组成有密切关系，因此，应选用质量符合要求的原材料，使得混合料组成满足强度和施工和易性，这是修筑高质量水泥混凝土路面的基本保证。
水泥品质和用量。水泥是混凝土的胶结材料，混凝土的性能在很大程度上取决于水泥的质量，通常应选用强度高、干缩性小、抗磨性和耐久性好的水泥。在施工时根据公路等级、工期要求、浇筑方法、路用性能及经济性等因素选用合适的水泥。考虑到施工条件和施工工艺的熟悉程度及材料用量的准确性，一般采用普通硅酸盐水泥425，水泥用量为320 kg／m3～370 kg／m3。若用真空吸水工艺施工时，水泥用量为300 kg／m3-330 kg／m3。
粗、细集料。这是构成混凝土的骨架，要获得密实、高强、耐久、耐磨的混凝土，必须采用质地坚硬、耐久、洁净、有良好级配的碎(砾)石和砂。通常以碎石采用5 mm-20 mm或10 nml-30 mm和20 mm -40 mm两种级配按一定比例混合使用，效果更佳。砂是粗集料的填充料，适当的砂率可配置较高密度的混凝土，并能保证混凝土的和易性，以广东省产地为例，其细度模数多为2．4～2、9，所以，一般选用33％ ～37％的砂率。
水灰比。也是影响水泥混凝土质量的重要因素之一，水灰比较大会导致板块收缩不均，产生裂缝；水灰比偏小则施工和易性不好，不利浇筑。所以，在施工
时要特别注意水灰比的均匀性。
1.1.1水泥样品
由于水泥生料的变动、水泥存放时间、水泥出厂即存在强度波动。已有的研究结果表明水泥样品28d抗压强度波动约在0.5～2Mpa。对于水泥样品强度波动因素造成的试验误差无法由标准化的试验方法或恰当熟练的操作所抵消，该因素应归为系统误差。
1.1.2用水
国标规定使用饮用水，仲裁试验使用蒸馏水。而养护用水仅规定最初用自来水且养护期间不得全部换水。实际操作过程中，水泥试体在水中养护时析出大量氢氧化钙，若水中含有硫酸盐则会发生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要大，它们填充在已析出氢氧化钙试体的空隙中，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，水温应与室温相同（20℃为宜）。此为水泥胶砂强度试验的另外一个系统误差。
1.1.3设备的要求
即便各个试验室使用仪器设备均符合国标有关规定，但限于机械制造、测量精度的差异，仍不可避免的带来系统误差。如不同品牌不同工艺行星式水泥胶砂搅拌机机械加工精度差异、转速差异、搅拌效率差异、搅拌时间计量差异；试模加工精度差异、试模重量差异；水泥胶砂试体成型振实台安装水平情况、振实台重量差异、地脚螺栓连接强度及变形情况；抗压试验机型式（自动或手动）；测力量程及精度；水泥胶砂试验称料计量（量程及精度）导致的误差。
仪器设备不同保养情况也导致了相当程度的系统误差。如抗压试验机球座的润滑情况，搅拌锅叶片磨损情况，振动台台面水平情况，试模变形情况等等。
1.1.4环境条件
国标对试验及养护场所的温度湿度控制有着严格的要求，但限于市场可提供设备精度及可靠性，试验及养护温湿度往往不能得到准确的控制。如养护室多使用双制空调机控温，但空调机控温受环境温度、养护室结构及材料保温性能差异的影响，难以保证控温精确度。
系统误差可以通过试验方法、仪器设备、计量手段的进步而进一步缩小。
1.2 偶然误差
偶然误差的特点是它的随机性。其值可能比真值大也可能比真值小，所以偶然误差总是存在，通过多次测量取平均值可以减小偶然误差，但无法消除。例如读取压力表时的读数误差、混合料搅拌计时及龄期计时误差、电压波动导致搅拌机转速不匀、试验场所温度骤然变化等。
偶然误差不可消除，在测定次数足够多时，偶然误差的正误差和负误差绝对值趋向于零。缩小偶然误差的最好办法就是增加测量次数。
1.3 人为误差
人为误差不等于错误，而是由于操作人员由于人为因素所造成的误差，包括估读误差、瞄准误差、以及操作人员感官、生理和精神状态变化所引起的误差。如两次削平力度不一，压力机读数时视线移动，插捣试件次数不一致，不同操作人员不同操作习惯等等。
缩小人为误差应尽可能保证从搅拌、成型、脱模到破型各个环节均有相对稳定的试验操作人员，强化稳健、得当的操作习惯，建立标准化规范化的操作流程。
2 常见操作错误分析
水泥胶砂强度试验方法固然有国家标准，但不可能在每一个具体细节和动作上都形成文字说明，因此造成了操作方法的不正确和不统一。从环境控制、振实成型操作、试件刮平、脱模养生、破型、计算等每一个环节对强度结果都会产生影响。人员操作错误是水泥胶砂强度波动较大的主要原因，常见操作错误及避免措施如下：
水泥、标准砂、试验用水、模具、机具等一定要严格按照规范要求温度调整
和控制。温度对水泥的早期强度影响比后期强度影响更大一些。
2.2 拌合用水使用量筒量水，会导致加水量不准，使得胶砂水灰比改变，从而影响胶砂强度。
2.3 胶砂制备后，应立即分两层两次装模，每层每次装模质量也是影响胶砂强度的因素之一。
2.4 试件振实时，振实次数及频率也会对水泥胶砂强度产生影响，应严格控制。
2.5 试件刮平不当易扰动胶砂，造成试件裂纹或缺陷。刮平操作不应用力不均，刀刃接触试模；用力过大，扰动胶砂；抹面次数过多水泥浆流失严重。此外，分段切拨时，切进胶砂的刀刃在提起时，手腕要稍微向后翻动。
2.6 养护时间的掌握也很重要，3d龄期应从加水搅拌开始算起，养护时间为72h±45min，28d养护龄期为＞28d±8h。
2.7 两个龄期以上的水泥胶砂试体在编号时应将同一时间的3条试体分编在两个领期内，以增加随机性和减少误差。否则会使检测结果过于局限，增加离散率。
2.8 脱模对试验结果影响很大，特别是低标号水泥。应配置脱模器，匀速缓慢脱去模具。
2.8 当水养后的水泥浆体在相对湿度为50%的空气中干燥，其线收缩率可达
0.2%～0.5%。故当水泥胶砂试件从养护池中取出，不用湿抹布覆盖，又未及时破型，干燥收缩使其产生微裂纹，会对水泥胶砂强度产生一定的影响。
2.9 试体破型前应将试体表面擦净，肉眼观察试体两侧面气孔情况，将气孔多的一面向上，气孔少的一面作为拉伸面，这样就可减少气孔对抗折强度的影响。
2.10试体破型时应严格按照抗压试验机使用说明书要求操作仪器，均匀加荷，避免冲击或停顿加荷，直至试体破坏。加荷速度会影响水泥胶砂强度的大小，建议使用全自动液压式压力试验机。
2.11检测结果的计算要严格按照规范要求进行。另外对于数字结果的修约也很重要。
3 结语
影响水泥胶砂强度检测结果的因素很多，建议检测单位除加强对在用设备的校准外，还应按如下四条严格要求检测人员：
3.1 检测人员应相对固定，以老带新；
3.2 检测人员应树立起严格执行标准的观念，精读标准，熟练掌握每一项操作要领；
3.3 检测人员应熟悉所用仪器性能，了解仪器设备易出现的故障，养成在使用仪器之前应当先检查仪器正常与否，发现问题及时处理；
3.4检测人员应保证每天至少记录1次水泥成型室温湿度、材料温度、养护温湿度，确保能及时发现温湿度异常现象。
参考文献：
1. JC/T 681-1997 行星式水泥胶砂搅拌机
2. JC/T 682-1997 水泥胶砂试体成型振实台
水泥胶砂强度在工程中的应用检测与分析
文章摘要：随着我国公路运输事业的发展，行车密度、载重和速度日益提高，对路面工程提出了更高要求。而水泥路面的强度高、耐久性好，能适应重载、高速而繁密的汽车运输的要求。特别是随着水泥工业的发展，使得混凝土路面的采用越来越广泛，同时对混凝土路面的施工质量控制更加严格。本文从理论结合实际操作的角度对水泥胶砂强度试验及水泥在工程中的运用进行了分析，希望对路面施工工作有所启发和帮助。
关键词：水泥 胶砂强度 试验 误差 错误
水泥作为一种重要的建筑材料，广泛应用于工程建设领域。由于水泥具有强度高、承载能力强、刚度大、稳定性好、扩散荷载能力强、耐久性优良等优点，水泥材料在建筑工程中得到广泛应用。水泥强度是评价水泥质量的重要指标，是划分水泥强度等级，更是控制各类水泥混凝土配比的重要基础参数，应在全省范围的公路水运试验检测机构中开展水泥比对试验，以验证各试验室试验检测能力，促使试验检测机构不断提高试验检测技术能力和管理水平。
1 建筑工程中对材料的要求
建筑材料水泥适用广泛且具有一定的优越性，在使用中能达到结构和技术方面的性能要求与混凝土原材料的品质及混合料的组成有密切关系，因此，应选用质量符合要求的原材料，使得混合料组成满足强度和施工和易性，这是修筑高质量水泥混凝土路面的基本保证。
水泥品质和用量。水泥是混凝土的胶结材料，混凝土的性能在很大程度上取决于水泥的质量，通常应选用强度高、干缩性小、抗磨性和耐久性好的水泥。在施工时根据公路等级、工期要求、浇筑方法、路用性能及经济性等因素选用合适的水泥。考虑到施工条件和施工工艺的熟悉程度及材料用量的准确性，一般采用普通硅酸盐水泥425，水泥用量为320 kg／m3～370 kg／m3。若用真空吸水工艺施工时，水泥用量为300 kg／m3-330 kg／m3。
粗、细集料。这是构成混凝土的骨架，要获得密实、高强、耐久、耐磨的混凝土，必须采用质地坚硬、耐久、洁净、有良好级配的碎(砾)石和砂。通常以碎石采用5 mm-20 mm或10 nml-30 mm和20 mm -40 mm两种级配按一定比例混合使用，效果更佳。砂是粗集料的填充料，适当的砂率可配置较高密度的混凝土，并能保证混凝土的和易性，以广东省产地为例，其细度模数多为2．4～2、9，所以，一般选用33％ ～37％的砂率。
水灰比。也是影响水泥混凝土质量的重要因素之一，水灰比较大会导致板块收缩不均，产生裂缝；水灰比偏小则施工和易性不好，不利浇筑。所以，在施工
时要特别注意水灰比的均匀性。
1.1.1水泥样品
由于水泥生料的变动、水泥存放时间、水泥出厂即存在强度波动。已有的研究结果表明水泥样品28d抗压强度波动约在0.5～2Mpa。对于水泥样品强度波动因素造成的试验误差无法由标准化的试验方法或恰当熟练的操作所抵消，该因素应归为系统误差。
1.1.2用水
国标规定使用饮用水，仲裁试验使用蒸馏水。而养护用水仅规定最初用自来水且养护期间不得全部换水。实际操作过程中，水泥试体在水中养护时析出大量氢氧化钙，若水中含有硫酸盐则会发生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要大，它们填充在已析出氢氧化钙试体的空隙中，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，水温应与室温相同（20℃为宜）。此为水泥胶砂强度试验的另外一个系统误差。
1.1.3设备的要求
即便各个试验室使用仪器设备均符合国标有关规定，但限于机械制造、测量精度的差异，仍不可避免的带来系统误差。如不同品牌不同工艺行星式水泥胶砂搅拌机机械加工精度差异、转速差异、搅拌效率差异、搅拌时间计量差异；试模加工精度差异、试模重量差异；水泥胶砂试体成型振实台安装水平情况、振实台重量差异、地脚螺栓连接强度及变形情况；抗压试验机型式（自动或手动）；测力量程及精度；水泥胶砂试验称料计量（量程及精度）导致的误差。
仪器设备不同保养情况也导致了相当程度的系统误差。如抗压试验机球座的润滑情况，搅拌锅叶片磨损情况，振动台台面水平情况，试模变形情况等等。
1.1.4环境条件
国标对试验及养护场所的温度湿度控制有着严格的要求，但限于市场可提供设备精度及可靠性，试验及养护温湿度往往不能得到准确的控制。如养护室多使用双制空调机控温，但空调机控温受环境温度、养护室结构及材料保温性能差异的影响，难以保证控温精确度。
系统误差可以通过试验方法、仪器设备、计量手段的进步而进一步缩小。
1.2 偶然误差
偶然误差的特点是它的随机性。其值可能比真值大也可能比真值小，所以偶然误差总是存在，通过多次测量取平均值可以减小偶然误差，但无法消除。例如读取压力表时的读数误差、混合料搅拌计时及龄期计时误差、电压波动导致搅拌机转速不匀、试验场所温度骤然变化等。
偶然误差不可消除，在测定次数足够多时，偶然误差的正误差和负误差绝对值趋向于零。缩小偶然误差的最好办法就是增加测量次数。
1.3 人为误差
人为误差不等于错误，而是由于操作人员由于人为因素所造成的误差，包括估读误差、瞄准误差、以及操作人员感官、生理和精神状态变化所引起的误差。如两次削平力度不一，压力机读数时视线移动，插捣试件次数不一致，不同操作人员不同操作习惯等等。
缩小人为误差应尽可能保证从搅拌、成型、脱模到破型各个环节均有相对稳定的试验操作人员，强化稳健、得当的操作习惯，建立标准化规范化的操作流程。
2 常见操作错误分析
水泥胶砂强度试验方法固然有国家标准，但不可能在每一个具体细节和动作上都形成文字说明，因此造成了操作方法的不正确和不统一。从环境控制、振实成型操作、试件刮平、脱模养生、破型、计算等每一个环节对强度结果都会产生影响。人员操作错误是水泥胶砂强度波动较大的主要原因，常见操作错误及避免措施如下：
水泥、标准砂、试验用水、模具、机具等一定要严格按照规范要求温度调整
和控制。温度对水泥的早期强度影响比后期强度影响更大一些。
2.2 拌合用水使用量筒量水，会导致加水量不准，使得胶砂水灰比改变，从而影响胶砂强度。
2.3 胶砂制备后，应立即分两层两次装模，每层每次装模质量也是影响胶砂强度的因素之一。
2.4 试件振实时，振实次数及频率也会对水泥胶砂强度产生影响，应严格控制。
2.5 试件刮平不当易扰动胶砂，造成试件裂纹或缺陷。刮平操作不应用力不均，刀刃接触试模；用力过大，扰动胶砂；抹面次数过多水泥浆流失严重。此外，分段切拨时，切进胶砂的刀刃在提起时，手腕要稍微向后翻动。
2.6 养护时间的掌握也很重要，3d龄期应从加水搅拌开始算起，养护时间为72h±45min，28d养护龄期为＞28d±8h。
2.7 两个龄期以上的水泥胶砂试体在编号时应将同一时间的3条试体分编在两个领期内，以增加随机性和减少误差。否则会使检测结果过于局限，增加离散率。
2.8 脱模对试验结果影响很大，特别是低标号水泥。应配置脱模器，匀速缓慢脱去模具。
2.8 当水养后的水泥浆体在相对湿度为50%的空气中干燥，其线收缩率可达
0.2%～0.5%。故当水泥胶砂试件从养护池中取出，不用湿抹布覆盖，又未及时破型，干燥收缩使其产生微裂纹，会对水泥胶砂强度产生一定的影响。
2.9 试体破型前应将试体表面擦净，肉眼观察试体两侧面气孔情况，将气孔多的一面向上，气孔少的一面作为拉伸面，这样就可减少气孔对抗折强度的影响。
2.10试体破型时应严格按照抗压试验机使用说明书要求操作仪器，均匀加荷，避免冲击或停顿加荷，直至试体破坏。加荷速度会影响水泥胶砂强度的大小，建议使用全自动液压式压力试验机。
2.11检测结果的计算要严格按照规范要求进行。另外对于数字结果的修约也很重要。
3 结语
影响水泥胶砂强度检测结果的因素很多，建议检测单位除加强对在用设备的校准外，还应按如下四条严格要求检测人员：
3.1 检测人员应相对固定，以老带新；
3.2 检测人员应树立起严格执行标准的观念，精读标准，熟练掌握每一项操作要领；
3.3 检测人员应熟悉所用仪器性能，了解仪器设备易出现的故障，养成在使用仪器之前应当先检查仪器正常与否，发现问题及时处理；
3.4检测人员应保证每天至少记录1次水泥成型室温湿度、材料温度、养护温湿度，确保能及时发现温湿度异常现象。
参考文献：
1. JC/T 681-1997 行星式水泥胶砂搅拌机
2. JC/T 682-1997 水泥胶砂试体成型振实台