浅析影响水泥胶砂强度的因素

郭存林 罗斌

摘要：利用正交试验设计表，对水泥胶砂试件在成型阶段、养护阶段和试压阶段的各种可能影响强度的因素进行分析，得出了各种因素的影响程度，总结出在检测过程中最易造成水泥强度出现较大偏差的原因，为在其他工程中分析类似问题提供了经验。

关键词：水泥强度、试件成型、养护、夹具、仪器检定

中图分类号： TQ172文献标识码： A

Analysis on the factors influencing the strength of the cement

Abstract: To explore the influence of various factors on the detection of the strength of cement, orthogonal design test, forming stage, the maintenance and test pressure stage of various factors analysis of cement test, the influence of various factors, summed up in the detection process is the most likely cause the strength of the cement cause large deviation, Provided the experience for the analysis of similar problems in other engineering .

Keywords: cement strength, molding, curing, fixture, instrument calibration

0 引言

正交试验设计是运用正交设计表进行设计试验组数，并对各个水平（因素）的影响程度进行分析，正交设计表是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的试验设计方法[2]。在对同一水泥样品进行检测时，不同试验室之间的检测数据相差较大，试验仪器、操作人员、试验室环境等都可能对水泥强度的检测造成影响，为探寻各种因素对水泥胶砂强度的影响程度，按水泥胶砂试件成型阶、养护、试压分成三个阶段，对每个阶段的影响因素利用正交试验设计表进行试验分析。以期得出各种因素的影响程度，并总结出在检测过程中最易造成水泥强度出现较大偏差的原因。

1 试验设计思路

首先分别列出水泥胶砂试件在成型、养护、试压三个阶段的各种影响因素，在研究某一阶段的影响因素时，其他两个阶段的因素水平保持不变。对试件成型、养护阶段的几种因素，查阅文献发现此前的研究都没有明确涉及，而因素种类又比较多，因此对养护水种类、养护水温度、配浆水种类、配浆水温度四个因素，分别选取三个水平，采用正交设计试验，利用L9(34）表格进行分析，以得出造成水泥强度出现偏差的主次因素。对于试压阶段不同试验仪器（主要指压力机）的影响，则直接采用对比试验。

2成型阶段

在水泥胶砂试件的成型阶段，对水泥强度检测造成较大影响因素为试验材料和试验环境。

（1）试验材料主要指标准砂和配浆水。目前试验室进行水泥强度检测所用的都是厦门ISO标准砂，一般而言，只要是真品，标准砂对强度检测结果就不会出现太大的影响，但也有例外，某在建高铁的工地试验室就曾出现过因标准砂质量不合格而导致水泥检测结果出现较大偏差的情况，因此在工作中也应当留意标准砂的质量是否合格。 制作水泥胶砂试件的配浆水，规范没有明确要求，只是规定仲裁试验须采用蒸馏水，而工地试验室一般采用自来水或者纯净水，配浆水对水泥强度有多大的影响，采用正交设计试验进行分析，见表1、2、3.

（2）试件成型时的试验室环境因素主要指试验室温度和配浆水温度。规范要求水泥胶砂试件成型时试验室的温度应保持在20℃±2℃，相对湿度应不低于50%，对于配浆水温没有明确，通过试验，对比配浆水温分别为10℃、20℃、30℃下配制的水泥胶砂试件的强度（见表2），发现配浆水温较低（10℃）时，可能致使强度低1-2MPa。因此建议配浆水应提前储存，在试验室放置一段时间，保持水温和试验室温度一致，在20℃左右。

（3）试件的成型还应当考虑试验人员操作水平的影响因素，为减少分析因素，整个试验过程均采用同一人操作。

3 養护阶段

水泥胶砂试件在养护阶段可能对强度造成影响的主要因素为：养护水品种和养护水温。养护水品种以试验室常用到的蒸馏水、自来水、纯净水为研究对象，养护水温分为10℃、20℃、30℃ 三个水平进行对比试验。对于配浆水种类、配浆水温、养护水种类、养护温度对水泥胶砂强度的影响的分析，四种因素的影响情况都不甚明确，因此采取正交设计试验进行分析，以期得出各种因素影响情况，并寻求可能对水泥强度造成较大影响的因素。

表1 正交设计试验的因素及研究水平

表2 不同组合试验下水泥试件28天强度

表3 试验结果分析

由上可知，养护温度是造成同一水泥样品的检测强度出现较大偏差的主要的因素，制作试件时配浆水的温度会有一定影响，而常见的配浆水、养护水的种类对强度检测几乎不造成影响。

4 试压阶段

试压阶段的主要影响因素为试验机的性能和试验人员操作规范程度。为减少分析因素，采用同一人操作，不考虑人员操作方面的影响。 对于试验机的影响因素，在同一试验室，由同一试验人员制件成型20组水泥胶砂试件，其中10组用于检测3d强度，10组用于检测28d强度。一块试件进行抗折试验后，折为2块，其中一块在A试验室压力机上抗压，一块在B试验室压力机上抗压。3d与28d在分别在两个试验室的检测结果见表4、5。

表4两个试验室不同压力机同一组试件的3d强度对比(MPa)

表5两个试验室不同压力机同一组试件的3d强度对比(MPa)

由表4、表5可以看出，不同的压力机之间的试验结果偏差很大，进一步分析，两个试验室的压力机都由同一家计量单位进行过检定，压力系统没有问题。那么造成检测结果出现如此大偏差的原因应该是由抗压夹具造成。通过对两个夹具的进一步检定，事实果然如此。计量单位在检定仪器时，只是校准压力系统是否正常，没有对夹具进行检定，夹具应由使用单位进行自校，但此项工作却常被忽视，或者没有认真细致进行检定，没有进行试验室比对试验。

5结论与建议

（1）夹具对水泥抗压强度的影响很大，但也往往容易被忽视。计量单位在检定仪器时，只是校准压力系统是否正常，没有对夹具进行检定。试验室应定期对抗压夹具进行自校，并定期对整个压力机进行期间核查。

（2）影响水泥强度检测结果的因素排序：夹具>养护条件>成型条件。其中养护阶段的问题主要是养护水温度是否满足要求，是否在21±1℃范围内；成型阶段的主要问题出在砂浆入模时是否播料均匀、试件是否饱满密实、是否出现漏浆。

（3）还应注意的细节：a）当采用自来水（饮用水）作为配浆水时，应提前将水备在玻璃容器内，使水温与室温接近；b）量水应用精度0.5ml的量筒精确量取225ml，不能用电子天平直接秤取225g。c）振实台固定胶圈很容易脱落，造成试件振实时出现漏浆，应经常更换胶圈或重新进行固定。

（4）对于工地试验室，因为水泥检测量较大，更要重视对试验机、抗压夹具、抗折夹具的检定。以云桂某在建高速铁路的工地试验室为例，平均每月检测水泥近300批，抗压夹具使用频繁，夹具的压缩螺旋弹簧很容易疲劳，造成抗压试验时承压板倾斜，试件受压面积减小，是导致检测结果出现较大偏差的主要原因。因此建议：对抗压夹具宜三个月（或使用4000次）进行一次检定，当偏差在3MPa以上时应立即更换夹具。

参考文献：

[1] 叶中郎,朱泽华,吴品华,等.温度、压力及PH值对水泥固化的影响[S].中国水泥2010（11).

[2] 董洪剑 黄祥嘉.正交试验设计在锚固参数优化设计中的应用[S].西部探矿工程2006（08):5-8.

[3] 兰亚芬.影响水泥强度检测结果的因素分析及试验研究[D].西安建筑科技大学2011.

[4] 杨晓东,尚建丽.影响ISO水泥胶砂强度检测结果的因素分析[S].水泥2003（04).

[5] 方开泰,马长兴,李长坤.正交设计的最新发展和应用-回归分析在正交设计的应用[S].数理统计与管理 1999(02).