水泥质量复验结果-建筑材料

【任务背景】　水泥质量是否合格，需要通过科学的试验方法进行检测，并结合相关质量控制指标要求进行判定。水泥合格性判定的出厂检验项目涉及5项化学指标：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子的含量；3项物理指标：凝结时间、安定性、强度。而在《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2015）中针对混凝土结构工程使用的水泥提出在进场时必须对凝结时间、安定性、强度三项强制复验的要求。故在工程建设过程中，质量检测机构、施工方、监理方、建设方等单位经常会面临水泥取样与质量检测的问题。本节重点围绕水泥的凝结时间、安定性、强度三项强制复验项目的检验及与之相关的标准稠度用水量的试验进行详细学习。

1.通用硅酸盐水泥试验的一般规定

1）通用硅酸盐水泥试验取样

通用硅酸盐水泥的正确取样是保证试验结果具有代表性、正确性的首要前提，其取样方法及数量应符合表3-11中的相关规定。

表3-11　通用硅酸盐水泥试验取样依据及方法

2）试验用水

试验用水应是洁净的饮用水，如有争议时应以蒸馏水为准。

3）试验条件

试验室温度应为（20±2）℃，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试验室一致。

湿气养护箱的温度为（20±1）℃，相对湿度不低于90%。

2.水泥标准稠度用水量试验

1）试验标准

本试验依据国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346—2011）进行。一般有标准法和代用法两种测定方法。代用法又分为调整水量和不变水量两种，测定时选用任一种皆可。采用调整水量的方法时拌和用水量按经验找水；采用不变水量的方法时按水泥500g，加入拌和用水量142.5mL的固定量。

当标准法和代用法试验结果不一致时，以标准法为准。

2）试验目的

为测定水泥凝结时间及安定性时制备标准稠度的水泥净浆确定加水量。

3）主要仪器设备

主要仪器设备有水泥净浆搅拌机、标准法维卡仪（图3-7）、代用法的试锥和试模。

图3-7　测定水泥标准稠度和凝结时间用维卡仪及配件示意图

4）试验步骤及试验结果

（1）标准法

①试验准备。检查维卡仪的滑动杆是否能自由滑动、搅拌机运行是否正常。试模和玻璃底板用湿巾擦过，将试模放在底板上。调整至试杆接触玻璃时指针对准零点。

②水泥净浆的拌制。用水泥净浆搅拌机搅拌，搅拌锅和搅拌叶片用湿布擦过，将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5~10s内小心将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出；拌和时，先将锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，同时将叶片和锅壁上的水泥刮入锅中，接着高速搅拌120s停机。

③标准法测定步骤。拌和结束后，立即取适量水泥净浆将其一次性装入玻璃底板上的试模中，浆体超过试模上端，用宽约25mm的直边刀轻轻拍打超出试模部分的浆体5次以排除浆体中的空隙，然后在试模上表面约1/3处，略倾斜于试模分别向外轻轻锯掉多余净浆，再从试模边缘轻抹顶部一次，使净浆表面光滑。在锯掉多余净浆和抹平的操作过程中，注意不要压实净浆；抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1~2s后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离，升起试杆后，立即擦净；整个操作应在搅拌后1.5min内完成。

④试验结果确定。以试杆沉入净浆并距底板（6±1）mm的水泥净浆为标准稠度净浆。其拌和用水量为该水泥的标准稠度用水量P，按水泥质量的百分比计。其计算式为

（2）代用法（调整水量法）

①试验前准备。检查维卡仪的金属棒能否自由滑动、搅拌机运行是否正常；调整至试锥接触锥模顶面时指针对准零点。

②水泥净浆的拌制。其拌制方法与标准法一样。

③调整水量法测定步骤。

拌和结束后，立即将拌制好的水泥净浆装入锥模中，用宽约25mm的直边刀在浆体表面轻轻插捣5次，再轻振5次，刮去多余的净浆；抹平后迅速放到试锥下面固定的位置上，将试锥降至净浆表面，拧紧螺丝1~2s后，突然放松，让试锥垂直自由地沉入水泥净浆中。到试锥停止下沉或释放试锥30s时记录试锥下沉深度S（单位为毫米）。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。

④试验结果。用调整水量方法测定时，以试锥下沉深度（30±1）mm时的净浆为标准稠度净浆。其拌和用水量为该水泥的标准稠度用水量，按水泥质量的百分比计。如下沉深度超出范围需另称试样，调整水量，重新试验，直至达到（30±1）mm为止。

（3）代用法（固定水量法）

水泥用量为500g，拌和用水量为固定值142.5mL。试验前准备、水泥净浆的拌制、测定步骤皆与调整水量法相同。

用不变水量方法测定时，根据下式（或从仪器上对应标尺读出）计算得到标准稠度用水量P：

式中　P——标准稠度用水量，%；

　　　S——试锥下沉深度，mm。

当试锥下沉深度小于13mm时，应改用调整水量法测定。

3.水泥凝结时间试验

1）试验标准

本试验依据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T1346—2011）进行。

2）试验目的

测定水泥加水后至开始凝结（初凝）以及完全凝结（终凝）所用的时间，用以评定水泥性质和对开展各项施工工序提供时间参考。

3）主要仪器设备

①标准维卡仪：与测定标准稠度用水量时的测定仪相同（图3-6）。

②水泥净浆搅拌机、人工拌合圆形钵、拌合铲。

4）试验步骤及试验结果

（1）试验准备

调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时指针对准零点。

（2）试件的制备

以标准稠度用水量制成标准稠度净浆，装模和刮平后，应立即放入湿气养护箱中。记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。

（3）初凝时间的测定

试件在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时，从湿气养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝1~2s后，突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净浆。观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数。临近初凝时间时每隔5min（或更短时间）测定一次，当试针沉至底板（4±1）mm时，为水泥达到初凝状态；由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，用分钟来表示。

（4）终凝时间的测定

为了准确观测试针沉入的状况，在终凝针上安装了一个环形的附件。在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180°，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护。临近终凝时间时每隔15min（或更短时间）测定一次，当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态。由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用分钟来表示。

（5）测定时的注意事项

测定时应注意，在最初测定的操作时应轻轻扶持试针的滑棒，使其徐徐下降，以防止试针被撞弯，但结果以自由下落为准；在整个测试过程中试针沉入的位置至少要距试模内壁10 mm。临近初凝时间时，每隔5min（或更短时间）测定一次，临近终凝时每隔15min（或更短时间）测定一次，达到初凝时应立即重复测一次，当两次结论相同时才能确定达到初凝状态；达到终凝时，需要在试体另外两个不同点测试，确认结论相同才能确定达到终凝状态。每次测定不能让试针落入原针孔，每次测试完毕须将试针擦净并将试模放回湿气养护箱内，整个测试过程要防止试模受振。

（6）试验结果判定

依据国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007）中的规定进行判定。符合规定的，则其凝结时间合格；相反，则不合格。

4.水泥安定性试验

1）试验标准

本试验依据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T1346—2011）进行。本标准中检验游离CaO带来的对体积安定性危害的测定方法是沸煮法，沸煮法又分为标准法（雷氏法）和代用法（试饼法）。雷氏法是通过测定水泥标准稠度净浆在雷氏夹中煮沸后试针的相对位移表征其体积膨胀的程度。试饼法是通过观测水泥标准稠度净浆试饼煮沸后的外形变化情况表征其体积安定性。试验时两种方法均可用，有争议时以雷氏法为准。

2）试验目的

检验水泥硬化后体积变化是否均匀，是否因体积变化而引起膨胀、裂缝或翘曲。

3）主要仪器设备

①雷氏夹（图3-8）。

②雷氏夹膨胀测定仪（标尺最小刻度为0.5mm，见图3-9）。

③水泥净浆搅拌机、煮沸箱、直尺、小刀等。

图3-8　雷氏夹

1—指针；2—环模

图3-9　雷氏夹膨胀测定仪

1—底座；2—模子座；3—测弹性标尺；4—立柱；5—测膨胀值标尺；6—悬臂；7—悬丝

4）试验步骤及试验结果

（1）标准法（雷氏法）

①试验前准备。每个试样需成型两个试件，每个雷氏夹配备两个边长或直径约80mm、厚度4~5mm的玻璃板，凡与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹表面都要涂上一层薄机油。(www.chuimin.cn)

②雷氏夹试件的成型。将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立即将已制好的标准稠度净浆一次装满雷氏夹。装浆时，一只手轻轻扶持雷氏夹，另一只手用宽约25mm的直边刀在浆体表面轻轻插捣3次，然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立即将试件移至湿气养护箱内养护（24±2）h。

③煮沸。首先调整好煮沸箱内的水位，使其能够保证在整个煮沸过程中都不超过试件，不需中途添补试验用水，同时又能保证在（30±5）min内升至沸腾。然后脱去玻璃板取下试件，先测量雷氏夹指针尖端间的距离A，精确到0.5mm，接着将试件放入煮沸箱水中的试件架上，指针朝上，最后在（30±5）min内加热至恒沸（180±5）min。

④试验结果。煮沸结束后，立即放掉沸煮箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别。测量雷氏夹指针尖端的距离C，精确至0.5mm，当两个试件煮后增加距离（C-A）的平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安定性合格；当两个试件煮后增加距离（C-A）的平均值大于5.0mm时，应用同一样品立即重做一次试验，以复检结果为准。

（2）代用法（试饼法）

①试验前准备。每个试件准备两块约100mm×100mm的玻璃板，并将与水泥净浆接触的玻璃板面涂上一层薄机油。将已制好的标准稠度净浆取出一部分，分成两等份，使之呈球形，并放在玻璃板上；轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中间抹，做成直径70~80mm、中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼，然后将试饼移至湿气养护箱中养护（24±2）h。

②沸煮。将养护好的试饼，从玻璃板上取下并编号，在试饼无缺陷的情况下，将试饼放在煮沸箱水中的篦板上，然后在（30±5）min内加热至沸，并恒沸（180±5）min。

③试验结果。沸煮结束后，立即放掉沸煮箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别。目测试饼未发现裂缝，用钢直尺检查也没有弯曲（使钢直尺和试饼底部紧靠，以两者间不透光为不弯曲），则认为该水泥安定性合格；反之，为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。

5.水泥胶砂强度试验（ISO法）

1）试验标准

本试验依据《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671—1999）进行。

2）试验目的

测定水泥各标准龄期的强度，从而确定和检验水泥的强度等级。

3）试验室条件及主要仪器设备

（1）试验室条件

①试体成型试验室的温度应保持在（20±2）℃，相对湿度应不低于50%。

②试体带模养护的养护箱或雾室温度保持在（20±1）℃，相对湿度应不低于90%。

③试体养护池水温度应在（20±1）℃范围内。

（2）主要仪器设备

行星式水泥胶砂搅拌机（图3-10），三联试模（图3-11，试体40mm×40mm×160mm），胶砂振实台（图3-12），胶砂振实动台（图3-13），抗折试验机、抗压试验机及抗压夹具。

图3-10搅拌机

1—电机；2—联轴器；3—蜗杆；4—砂罐；5—传动箱盖；6—蜗轮；7—齿轮Ⅰ；8—主轴；9—齿轮Ⅱ；10—传动箱；11—内齿轮；12—偏心座；13—行星齿轮；14—搅拌叶轴；15—调节螺母；16—搅拌叶；17—搅拌锅；18—支座；19—底座；20—手柄；21—立柱

图3-11　典型试模

图3-12　典型的振实台

1—突头；2—凸轮；3—止动器；4—随动轮

图3-13　胶砂振动台

1—台板；2—弹簧；3—偏重轮；4—电机

4）胶砂的制备

①试验前，将试模擦净，模板四周与底座的接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。内壁均匀刷一层薄机油。搅拌锅、叶片和下料漏斗（播料器）等用湿布擦干净（更换水泥品种时，必须用湿布擦干净）。

②胶砂的质量配比为1∶3，水灰比为0.5，按一锅胶砂成型3条试件的材料用量进行称量：水泥（450±2）g、标准砂（1350±5）g、拌和用水（225±1）g。

③配料要求。配料中规定水泥、砂、水和试验用具的温度与试验室相同，称量用的天平精度应为±1g。当用自动滴管加225mL水时，滴管精度应达到±1mL。

④对胶砂进行搅拌。每锅胶砂用搅拌机进行机械搅拌。先使搅拌机处于待工状态，然后将水加入锅中，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置。立即开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀地将砂子加入。当各级砂是分装时，从最粗料级开始，依次将所需的每级砂量加完。把机器转至高速再拌30s。停拌90s，在第一个15s内用橡皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中。在高速下继续搅拌60s。各个搅拌阶段，时间误差应在±1s以内。

5）试件（40mm×40mm×160mm棱柱体）的制备

（1）用振实台成型

胶砂制备后立即进行成型。将空试模和模套固定在振实台上，用一个适当勺子直接从搅拌锅里将胶砂分两层装入试模，装第一层时，每个槽里约放300g胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，接着振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。移走模套，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90°的角度架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹平。

在试模上做标记或加字条标明试件编号及试件相对于振实台的位置。

（2）用振动台成型

在搅拌胶砂的同时将试模和下料漏斗卡紧在振动台的中心。将搅拌好的全部胶砂均匀地装入下料漏斗中，开动振动台，胶砂通过漏斗流入试模。振动（120±5）s停车。振动完毕，取下试模，用刮平尺按上述规定的刮平手法刮去其高出试模的胶砂并抹平。接着在试模上做标记或用字条表明试件编号。

6）试件的养护

（1）脱模前的处理和养护

去掉留在模子四周的胶砂。立即将做好标记的试模放入雾室或湿箱的水平架子上养护，湿空气应能与试模各边接触。养护时不应将试模放在其他试模上。一直养护到规定的脱模时间时取出脱模。脱模前，用防水墨汁或颜料笔对试体进行编号和做其他标记。两个龄期以上的试体，在编号时应将同一试模中的3条试体分在两个以上的龄期内。

（2）脱模

脱模应非常小心。对于24h龄期的，应在破型试验前20min内脱模。对于24h以上龄期的，应在成型后20~24h脱模。如经24h养护，会因脱模对强度造成损害时，可以延迟到24h以后脱模，但在试验报告中应予说明。

已确定作为24h龄期试验（或其他不下水直接做试验）的已脱模试体，应用湿布覆盖至做试验时为止。

（3）水中养护

将做好标记的试件立即水平或竖直放在（20±1）℃水中养护，水平放置时刮平面应朝上。

将试件放在不易腐烂的篦子上，并彼此保持一定间距，便于水与试件的6个面接触。养护期间试件之间间隔或试件上表面的水深不得小于5mm。每个养护池只养护同类型的水泥试件。养护池中的水，最初用自来水装满，随后加水保持适当的恒定水位，不允许在养护期间全部换水。

除24h龄期或延迟至48h脱模的试件外，任何到龄期的试件应在试验（破型）前15min从水中取出。擦去试件表面沉积物，并用湿布覆盖至试验为止。

（4）强度试验试件的龄期

试件的龄期是从水泥加水搅拌开始试验时算起，至强度测定所经历的时间。不同龄期的试件，必须相应地在24h±15min、48h±30min、72h±45min、7d±2h及大于28d±8h的试件内进行强度试验。

7）水泥胶砂强度（力学性能）试验

（1）抗折强度测定

将试件的一个侧面放在试验机支撑圆柱上，试件长轴垂直于支撑圆柱，通过加荷圆柱以（50±10）N/s的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。

保持两个半截棱柱体处于潮湿状态直至抗压试验。

抗折强度Rf以牛顿每平方毫米（MPa）表示。其计算式为

式中　Ff——折断时施加在棱柱体中部的荷载，N；

　　　L——支撑圆柱之间的距离，mm；

　　　b——棱柱体正方形截面的边长，mm。

（2）抗压强度测定

抗压强度试验通过抗压强度试验机和抗压强度试验机用夹具，在半截棱柱体的侧面上进行。半截棱柱体中心与压力机压板受压中心差应在±0.5mm内，棱柱体露在压板外的部分约长10mm。在整个加荷过程中，以（2400±200）N/s的速率均匀地加荷直至被破坏。抗压强度Rc以牛顿每平方毫米（MPa）为单位。其计算式为

式中　Fc——破坏时的最大荷载，N；

　　　A——受压部分面积，mm2。

8）试验结果

（1）抗折强度

以一组3个棱柱体抗折结果的平均值作为试验结果。当3个强度值中有超出平均值±10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。

各试体的抗折强度记录至0.1MPa，按规定计算平均值。计算结果精确至0.1MPa。

（2）抗压强度

以一组3个棱柱体上得到的6个抗压强度测定值的算术平均值为试验结果。

如6个测定值中有一个超出6个平均值的±10%，就应剔除这个结果，而以剩下的5个平均数为结果。如果5个测定值中再有超过它们平均值±10%的，则此组结果作废。

各个半棱柱体得到的单个抗压强度结果计算至0.1MPa，按规定计算平均值，计算结果精确至0.1MPa。

【课堂思考与讨论3-7】

某硅酸盐水泥进行抗折、抗压强度试验，其通过试验测得3d、28d龄期的抗折、抗压破坏荷载测定值，见表3-12，试完成该表相关数据的处理并评定其水泥强度等级。

表3-12　水泥强度试验记录及数据处理表