测定水泥胶砂强度的方法与注意事项

【任务描述】

本任务是在学习通用硅酸盐水泥强度的测定方法及影响因素的基础上，测定水泥的胶砂强度。

【学习目标】

①熟悉通用硅酸盐水泥的强度检验方法。

②能叙述影响水泥强度的因素。

③会按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30—2005)规定的方法制取水泥的胶砂强度试件并检验其强度，会进行强度结果的计算，并能完整、规范地填写试验检测记录表。

1.相关知识

1）强度及等级

水泥的强度包括抗压强度和抗折强度两个方面。

（1）水泥强度的评价方法

《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)规定，用水泥胶砂强度法(ISO法)作为水泥强度的标准检验方法。此方法是以1∶3的水泥和中国ISO标准砂，按规定的水灰比为0.50，用标准制作方法制成40 mm×40 mm×160 mm的标准试件，达到规定龄期(3 d，28 d)时，按规定的方法测其抗折强度和抗压强度。但火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥在进行胶砂强度检验时，其用水量按0.50水灰比和胶砂流动度不小于180 mm来确定。当流动度小于180 mm，须以0.01的整数倍递增的方法将水灰比调整至胶砂流动度不小于180 mm。

（2）水泥型号

水泥28 d以前的强度称为早期强度，28 d以后的强度称为后期强度。我国现行标准将水泥分为普通型和早强型(R型)两个型号。早强水泥3 d的抗压强度较同等级的普通型强度提高了10%～24%；早强型水泥的3 d抗压强度可达28 d抗压强度的50%。早强型水泥早期强度发展较快，可用于早期强度要求高的工程中。

（3）强度等级

《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)规定：

①硅酸盐水泥的强度等级分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共6个等级。

②普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5，42.5R，52.5，52.5R共4个等级。

③矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R共6个等级。

2）影响水泥强度的因素

硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。

2.测定水泥的胶砂强度

试验依据为《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30—2005)。

T 0506—2005　水泥胶砂强度检验方法（ISO法）

1　目的、适用范围

本方法规定水泥胶砂强度检验方法的仪器、材料、胶砂组成、试验条件、操作步骤和结果计算。其抗压强度结果与ISO 679：1989结果相同。

本方法适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥的抗折与抗压强度检验。

2　主要仪器设备

2.1　胶砂搅拌机

胶砂搅拌机属行星式，其搅拌叶片和搅拌锅做相反方向的转动。叶片和锅由耐磨的金属材料组成，叶片与锅底、锅壁之间的间隙为叶片与锅壁最近的距离。制造质量应符合《行星式水泥胶砂搅拌机》（JC/T 681—2005）的规定。

2.2　振实台

振实台（图T 0506.1）应符合《水泥胶砂试验成型振实台》（JC/T 682—2005）的规定。由装有两个对称偏向轮的电动机产生振动，使用时固定于混凝土基座上。基座高约400 mm，混凝土的体积约0.25 m3，重约600 kg。为防止外部振动影响振实效果，可在整个混凝土基座下放一层约5 mm天然橡胶弹性衬垫。

将仪器用地脚螺丝固定在基座上，安装后设备成水平状态，仪器底座与基座之间要铺一层砂浆以确保它们完全接触。

图T 0506.1　典型的振实台（单位：mm）

2.3　代用振动台

使用该设备最终得到的28 d抗压强度与按ISO 679规定方法得到的强度之差在5%以内为合格。使用代用振动台，其频率为2 800～3 000次/min，振动台为全波振幅0.75 mm±0.02 mm，代用胶砂振动台应符合《水泥胶砂振动台》（JC/T 723—2005）的规定和《水泥胶砂试模》（GB/T 726—2005）中的要求。

2.4　试模及下料漏斗

2.4.1　试模为可装卸的三联模，由隔板、端板、底座、紧固装置及定位销组成，制造质量应符合《水泥胶砂试模》（JC/T 726—2005）可同时成型3条截面为40mm×40mm×160mm的菱形试件。

2.4.2　下料漏斗：由漏斗和模套两部分组成。漏斗用厚为0.5mm的白铁皮制作，下料口宽度一般为4～5 mm。模套高度为20 mm，用金属材料制作。套模壁与模型内壁应重叠，超出内壁不应大于1 mm。

2.5　抗折试验机和抗折夹具

抗折试验机应符合《水泥胶砂电动抗折试验机》（JC/T 724—2005）的要求，一般采用双杠杆的，也可采用性能符合要求的其他试验机。加荷与支撑圆柱必须用硬质钢材制造。通过3根圆柱轴的3个竖向平面应该平行，并在试验时继续保持平行和等距离垂直试件的方向，其中1根支撑圆柱能轻微地倾斜使圆柱与试件完全接触，以便荷载沿试件宽度方向均匀分布，同时不产生任何扭曲应力。

抗折强度也可用抗压强度试验机来测定，此时应使用符合上述规定的夹具。

2.6　抗压试验机和抗压夹具

2.6.1　抗压试验机的吨位以200～300 kN为宜。抗压试验机在较大的4/5量程范围内使用时，记录荷载应满足±1%的精度要求，并具有按2 400 N/s±200 N/s的速率加荷的能力。抗压试验机应具有一个能指示破坏时荷载的指示器。

压力机的活塞竖向轴应与压力机的竖向轴重合，而且活塞作用的合力要通过试件中心。压力机的下压板表面应与该机的轴线垂直并在加荷过程中一直保持不变。

2.6.2　当试验机没有球座，或球座已不灵活或直径大于120 mm时，应采用抗压夹具，由硬质钢材制成，受压面积为40 mm×40 mm，并应符合《水泥抗压夹具》（JC/T 683—2005）的规定。

2.7　天平：感量为1 g。

3　材料

3.1　水泥试样从取样到试验要保持24 h以上时，应将其储存在基本装满和气密的容器中，这个容器不能和水泥反应。

3.2　ISO标准砂。各国生产的ISO标准砂都可以用以按本方法测定水泥强度。中国ISO标准砂符合ISO 679中5.1.3要求，其质量控制按《水泥胶砂强度试验方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）的第11章进行。(www.xing528.com)

3.3　试验用水为饮用水。仲裁试验时用蒸馏水。

4　温度与相对湿度

4.1　试件成型实验室应保持实验室温度为20℃±2℃（包括强度实验室），相对湿度大于50%。水泥试样、ISO砂、拌和水及试模等的温度应与室温相同。

4.2　养护箱或雾室的温度为20℃±1℃，相对湿度大于90%，养护水的温度为20℃±1℃。

4.3　试件成型实验室的空气温度和相对湿度在工作期间每天应至少记录一次。养护箱或雾室的温度和相对湿度至少每4 h记录一次。

5　试件成型

5.1　成型前将试模擦净，四周模板与底座的接触面应涂黄油，紧密装配，防止漏浆，内壁均匀刷一层薄机油。

5.2　水泥与ISO砂的质量比为1∶3，水灰比为0.5。

5.3　每成型3条试件需称量的材料及用量为：水泥450 g±2 g，ISO砂1 350 g±5 g，水225 mL±1 mL。

5.4　把水加入锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上并上升至固定位置，然后立即开动机器，低速搅拌30 s后，在第二个30 s开始的同时均匀地将砂子加入。当砂是分级装时，从最粗粒级开始，依次将所需的每级砂倒入锅内，再高速搅拌30 s。停拌90 s，在停拌的第一个15 s内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间。在高速下继续搅拌60 s。各个阶段时间误差应在±1 s内。

5.5　用振实台成型时，将空试模和模套固定在振实台上，用适当的勺子直接从搅拌锅里将胶砂分两层装入试模。装第一层时，每个槽内约放300 g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，用小播平器播平，再振实60次。移走模套，从振实台上取下试模，用刮尺以近90°的角度架在试模模顶的一端，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件表面抹平。

5.6　当用代用振动台成型时，在搅拌胶砂的同时将试模及下料漏斗卡紧在振动台台面中心。将搅拌好的全部胶砂均匀地装于下料漏斗中，开动振动台120 s±5 s停止。振动完毕，取下试模，用刮平尺按5.5方法刮去多余胶砂并抹平试件。

5.7　在试模上做标记或加字条表明试件编号和试件相对于振实台的位置。两个龄期以上的试件，编号时应将同一试模中的3条试件分在两个以上的龄期内。

5.8　试验前和更换水泥品种时，须将搅拌锅、叶片和下料斗等抹擦干净。

6　养护

6.1　编号后，将试模放入养护箱养护，养护箱内篦板必须水平，水平放置时刮平面应朝上。对于龄期24 h的，应在破型前20 min内脱模；对于24 h以上龄期的，应在成型后20～24 h内脱模。脱模时要非常小心，应防止试件损伤。硬化较慢的水泥允许延期脱模，但须记录脱模时间。

6.2　试件脱模后应立即放入水槽中养护，试件之间应留有间隙至少5 mm，每个养护池中只能养护同类水泥试件，并应随时加水，保持恒定水位，不允许在养护期间全部换水。

7　强度试验

7.1　各龄期（试件龄期从水泥加水搅拌开始算起）的试件应在下列时间内进行强度试验：

7.2　抗折强度测定

7.2.1　以中心加荷法测定抗折强度。

7.2.2　采用杠杆式抗折试验机试验时，试件放入前，应使杠杆成水平状态，将试件成型侧面朝上放入抗折试验机内。试件放入后调整夹具，使杠杆在试件折断时尽可能地接近水平位置。

7.2.3　抗折试验机50 N/s±10 N/s，直至折断，并保持两个半截棱柱试件处于潮湿状态直至抗压试验。

7.2.4　抗折强度按式（T 0506.1）计算：

式中　Rf——抗折强度，MPa；Ff——破坏荷载，N；

L——支撑圆柱中心距离，mm；

b——试件断面正方形的边长，为40 mm。

抗折强度计算值精确至0.1 MPa。

7.2.5　抗折强度的结果取3个试件平均值，精确至0.1 MPa。当3个强度值中有1个超过平均值的±10%时，应予剔除后再平均，以平均值作为抗折强度试验结果。

7.3　抗压强度试验

7.3.1　抗折试验后的断块应立即进行抗压试验。抗压强度测定须用抗压夹具进行，试体受压面为试件成型时的两个侧面，面积为40 mm×40 mm。试验前应清除试体受压面与加压板间的砂粒或杂物；试件的底面靠紧夹具定位销，断块试件应对准抗压夹具中心，并使夹具对准压力机压板中心，半截棱柱体中心与压力机压板中心差应在±0.5 mm内，棱柱体露在压板外的部分约为10 mm。

7.3.2　压力机加荷速度应控制为2 400 N/s±200 N/s速率范围内，在接近破坏时更应严格掌握。

7.3.3　抗压强度按式（T 0506.2）计算：

式中　Rc——抗压强度，MPa；

Fc——破坏荷载，N；

A——受压面积，即40 mm×40 mm＝1 600 mm2。

抗压强度计算值精确至0.1 MPa。

7.3.4　抗压强度结果的确定为一组6个断块试件抗压强度的算术平均值，精确至0.1 MPa。如6个测定值中有1个超出平均值的±10%，应剔除后以剩下的5个值的算术平均值作为最后结果。如果5个测定值中再有超过它们平均值±10%的，则此组试件无效。

8　试验报告

试验报告应包括以下内容：

①要求检测的项目名称；

②原材料的品种、规格和产地；

③试验日期及时间；

④仪器设备的名称、型号及编号；

⑤环境温度和湿度；

⑥执行标准；

⑦不同龄期对应的水泥试样的抗折强度、抗压强度，报告中应包括所有单个强度结果（包括舍去的试验结果）和计算出的平均值；

⑧要说明的其他内容。