水泥物理性能检测影响因素分析

尹亚超、柴兴华、刘懿洲

重庆市华测检测技术有限公司

【摘要】本文阐述了水泥物理性能指标检测依据以及针对凝结时间，安定性、强度等物理性能的检测过程中的影响因素进行分析并对人员操作的注意事项进行了总结，为后续更高效准确的检测提供经验以供参考。

【关键词】水泥；检测；物理性能

一 水泥物理性能的检测现状简析

水泥是现在建筑工程的重要材料之一，对于使用的水泥，无论是在生产厂家还是流通领域，工程领域，都会对其进行严密的质量检测，确保其性能合格的情况下使用，才能保障工程及建筑的安全。

水泥的物理性能指标主要有细度、凝结时间、安定性和强度。涉及判断水泥使用过程中的和易性、力学性能和耐久性。

现行水泥的检测标准主要有GB175-2007《通用硅酸盐水泥》、 GB/T 3183-2017《砌筑水泥》等，根据各行各业的不同要求，也有相应的特殊要求。

1.1 细度

细度指标反应的是水泥组分的粗细程度，水泥越细，水泥做标准稠度时的需水量越大，细度细的水泥在凝结硬化过程中与水接触面积大，反应较快，反应比较完全，凝结时间会缩短，早期强度会增长得较快，但收缩会加大容易开裂。水泥细度较粗，会影响水泥活性的发展，一般认为水泥的细度小于40um时才具有较高的活性，大于100um活性就会很小了。

目前细度的表示方式主要是比表面积和方孔筛筛余，在GB 175-2007中细度的要求为80um筛余不大于10%或45um方孔筛筛余不大于30%；比表面积不小于300m²/kg。筛余的测试方法是GB/T 1345-2005水泥细度检验方法 筛析法，主要原理是通过一定孔径的筛子筛分试样以筛余来判定细度。

方孔筛筛余检测只能对水泥大体上的好坏进行判断，由于方法简单与易于操作的缘由，是目前比较成熟的检测方法。

而随着ISO强度检测方法的出现，对水泥颗粒粒度的要求越来越高，因此，比表面积分析法的出现又比筛析法的分析检测水平先进了一步，比表面积的测试方法为GB/T 8074-2008水泥比表面积测定方法 勃氏法 。主要原理是通过已知比表面积的标准样与测试样的透气时间来推算测试样的比表面积。

但通过比表面积分析法对水泥质量进行检测分析的前提是保证水泥的密度具备一定的稳定性，且水泥颗粒粒度必须要呈正太的形式分布，如果水泥颗粒粒度的分布情况一旦发生了改变，比表面积分析法对水泥质量的判断就会出现偏差，甚至还会出现失灵的情况。

而相对更先进的水泥细度测试方法是颗粒粒度分析检测，颗粒粒度又被称之为颗粒级配，指的是不同颗粒大小的水泥在分析检测样品中所占据的比例。颗粒粒度分析检测方法还没有在我国水泥行业中得到广泛的应用。

1.2凝结时间

水泥凝结时间是描述水泥凝结速度的参数。水泥凝结时间很大程度的影响砂浆或混凝土的凝结速度，尤其是现在批量商混供应的模式下，凝结时间会直接影响施工操作及搅拌站的辐射半径。水泥的凝结时间主要受水泥组分（尤其是添加的石膏等缓凝作用的组分）、细度、环境温度的影响。

凝结时间的技术指标在GB 175-2007中硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于390min，其余普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。检测标准是GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法，主要原理是通过维卡仪锥入标准稠度试体中的深度来判断水泥的凝结情况。同时记录到达一定凝结状态的时间做为初凝和终凝时间。

现有的水泥凝结时间检测装置是维卡仪，自人工操作，自动化程度极低，而临近水泥初凝和终凝时，又需要很短的时间间隔进行测量，检测人员必须及时的进行测量，对人员的依懒性很强，但在GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法标准中第8.5条的备注中写到：可以使用能得出与标准中规定方法相同结果的凝结时间自动测定仪。目前市面上已有很多凝结时间自动测定仪器展露身手，相信不久凝结时间自动测量装置会迎来一拨发展，如果有相应的标准发行，对水泥检测行业的自动化进程也是一个进步。

1.3 安定性

安定性是表征水泥硬化后体积变化的均匀性，水泥在硬化过程中，如果不产生不均匀的体积变形，并且没有产生裂缝、弯曲等现象，则称为体积安定性合格；如果水泥硬化后体积产生了不均匀变化，造成有害的膨胀，则称为安定性不合格。安定性不合格的水泥将使建筑物开裂，甚至崩溃。

造成水泥安定不合格主要因素是水泥中含有过多的游离氧化钙或氧化镁，特别是颗粒较粗，而且在工厂的存放时间又较短，消解时间不够，就易产生安定性不合格的现象。

安定性的检测标准是GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法

水泥的安定性测试方法主要有试饼法、雷氏夹法，还有部分水泥会做蒸压安定性。沸煮法只能检查出游离氧化钙的破坏作用。由于氧化镁比氧化钙水化速度更慢，因此用沸煮法不能发现由氧化镁所引起的不安定性，只有通过高温、高压的压蒸试验，才能判断这种现象。而三氧化硫所引起的不安定性，只有采用冷饼法、水浸法才能进行检验，即将试饼放在20℃±3℃的水中养护28d后，检查是否有不安定现象。因为当温度超过60～70℃时，不能形成产生体积膨胀的硫铝酸钙。
由于国家标准中已对氧化镁及三氧化硫含量作了限量规定，故压蒸法及水浸法两项检验一般不做。

1.4 强度

水泥的强度是评价水泥质量的重要指标，是划分水泥强度等级的依据。水泥的强度是指水泥胶砂硬化试体所能承受外力破坏的能力，用MPa（兆帕）表示，目前国内常水泥按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R强度等级。

由于提高混凝土的强度的要求，100多年来水泥的发展目标除了降低能耗之外，主要就是追求强度和早强。提升水泥强度和早强的方式主要是从煅烧工艺提高熟料强度和磨细再磨细，可惜任何提升早期强度的方式都会对耐久性造成影响。

强度的检测标准主要是GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法），主要原理是通过一定的配合比的试样在标准条件养护时间后做抗压抗折试验。

二 水泥物理性能的检测影响因素及注意事项

水泥检测是一项专业技术活动。人员，设备，物料，方法，环境每一个环节都会影响检测结果的准确性，进而造成诸多不良影响。本章节对水泥物理性能检测过程中的取样、样品保存，设备要求，环境控制、人员操作几个方面加以分析其对结果造成的影响和说明注意事项，为后续更高效准确的检测积累经验提供一些视角，供检测人员参考。

2.1 取样与试样保存

水泥检测取样方法依据GB 12573进行不在赘述，主要是采用专业的采集器在不同部分取样后混合成一批样品，由于水泥对储存环境有重要要求，不能受潮，受潮后的水泥强度会急剧下降，目前虽然标准中对水泥的储存期限没有要求，但多方经验证明，超过出厂日期30天的水泥强度将有所下降。储存三个月后的水泥其强度下降10%-20%，一年后降25%-40%。这点在取样和封样过程中要注意。样品取得后应贮存在密闭的容器中，封存样要加封条。容器应洁净、干燥、防潮、密闭、不易破损并且不影响水泥性能。

2.2水泥检测中注意事项

2.2.1环境的注意事项
环境条件：温度、湿度是影响水泥检测结果稳定性的重要因素

水泥是需要水化才能产生强度的建筑材料，温度越高，凝结硬化的速度越快，当温度较低时，尤其是在0度以下时，硬化会完全停止。在对水泥进行检测时，必须要在特定的环境下进行。

细度检测时实验室温度要求在20±2℃，相对湿度大于50%。细度检测过程中要确保负压筛和水泥样品干燥，否则筛分结果会失实，尤其是在湿度比较大的时候，细度低的水泥会抱团，抱团的水泥在筛分过程中通过气流是吹散不完全的，敲打也收效甚微，往往造成结果偏大。

胶砂检测过程中养护箱温度要求在20±1℃，相对湿度大于90%。如果养护温度湿度过低会降低强度。凝结时间检测过程中养护箱温度要求在20±1℃，相对湿度大于90%，温度过高过低都会影响水化的速度而影响凝结时间的最终结果。

目前环境设备自动化程度都很高，但一定要对设备控制的环境进行线性校准，核查是否满足标准中环境精度偏差要求。

2.2.2 设备的的注意事项

水泥检测过程中使用的设备要经过校准合格，最好能考虑其测量不确定度的影响。以抗压强度的不确定度分析为例

抗压强度计算公式如下

式中

R—拉压强度，MPa；

F—破坏时最大载荷，N；

A—受压部分面积，mm²；（40mmx40mm=1600mm²）

参数	分类	不确定度
重复性rep	A类	影响检测结果重复性的因素主要是制样、成型、养护过程中的因素，包括水泥/标准砂的均匀性、成型设备的影响、人员操作和读数差异等因素。
F	B类	试验机的不确定度Urel(F)
A	B类	受压面积的不确定度Urel(A)
修约off	B类	数据修约引入的不确定度Urel(off)
温湿度	/	环境温湿度均在20±2℃，大于50%RH，引起的不确定度可忽略。
测试速率	/	测试速率按要求控制在2.4kN±0.2kN，引起的不确定度可忽略。

经分析，实验过程中各个不确定度来源为互相独立的量，所以抗压强度测试不确定度为：

式中可以看出：设备的精准情况是测试结果准确的重要影响因素。

除了主要参与计算的设备会引入不确定度对结果准确性造成影响外，一些辅助性设备也会影响检测结果，如凝结时间测试过程中要求水泥净浆搅拌机是符合JC/T 729标准要求，符合要求的搅拌机才能在规定时间内搅拌出合适的浆体，水泥净浆搅拌机叶片尺寸、搅拌间隙及搅拌方式均会对水泥净浆标准稠度用水量产生影响。在装料环节，要求使用直边刀轻轻拍打5次，直边刀要用维卡仪配套的专用直边刀，因为不同重量和形状的直边刀拍打对浆体密实程度造成的影响不一，会造成测试的重复性与复现性很差。往往同一人不同时间用不同直边刀做出的同一样品的结果不尽相同。

2.2.3 人员操作的注意事项

水泥细度检测

1. 控制实验室温度在20±2℃，相对湿度大于50%。

2. 细度检测过程中要确保负压筛和水泥样品干燥，样品要先通过0.9mm标准筛后分样。有条件的情况下要尽量保证与负压筛标定时的环境条件接近或一致。

3. 调节负压至4000Pa-6000 Pa范围内。

4. 判断筛余物的状态，观察是否有其它原因造成不能过筛，检测的目的是真实反映样品情况，自查分析是很关键重要的一步。

水泥凝结时间检测

1. 实验室的温度控制在（20±2） ℃范围内，相对湿度应不低于50%，水泥试样、拌和水、仪器和用具的温度应与实验室一致，养护箱的温度控制在（20±1） ℃范围内，相对湿度应不能低于90%。

2. 标准稠度一定要先做准确，装模的时间要迅速，一次性注满圆模。直边刀要使用标准直边刀。

3. 标准稠度的整个操作应在搅拌后1.5min内完成。

水泥安定性检测

检查雷氏夹：雷氏夹由于结构质薄小针长，且对弹性有严格要求，因此在操作中应小心谨慎，勿施大力，以免造成损坏变形。

新雷氏夹在使用前应检查其弹性；正常使用的雷氏夹可每半年检查一次，当遇有距离增加超过30mm的情况，应检查弹性。

强度检测

1）将水泥试样先通过0.9mm方孔筛，有异常时记录筛余物的情况。按照下表对各组分进行称量。

水泥（g）	标准砂（g）	水（g）
450±2	1350±5	225±1

但对火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥和掺火山灰混合材料的普通水泥在进行胶砂强度检测时，其用水量按0.50水灰比和胶砂流动度不小于180mm来确定。当流动度小于180mm时，应以0.01的整倍数递增的方法将水灰比调整至胶砂流动强度不小于180mm。

2）在刮平试件时要注意先垂直锯割，再用近乎水平的角度刮平。不得拍打摁压胶砂

3. 每个养护池只养护同类型的水泥试体，不允许在养护期间全部换水（每个养护池在试体全部破型完后，才能换水）。

4. 任何到龄期的试体应该在试验（破型）前15min从水中取出，揩去试体表面沉积物，并用湿布覆盖至试验为止。

结语

水泥的检测是一项需要专业人员技能，专业环境，专业设备的专业工作，水泥检测的结果的准确与否直接影响工程建设甚至人身安全。对于检测水泥的专业人员来说必须具备完备的专业知识，接受专业的培训，熟练掌握专业技能，要对检测有强烈的责任心，并在日常的工作与生活中，不断学习，不断提升自己的专业素养。本文对水泥检测的现状及目前现行的一些水泥物理性能检测影响因素进行了简析，为后续更高效准确的检测积累经验。

参考文献

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[2]夏艺/窦青明 浅谈建筑材料的质量检测［J］.中国西部交通科技，2016（37）

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