水泥性能检测净浆拌制操作规程优化及可行性验证

文摘 2024-12-29 07:03 河南

0引言

水泥作为一种无机胶凝材料，其形态呈粉末状，属于水硬性胶凝材料。其与水拌和后发生水解与水化反应形成的可塑性浆体不仅能在空气中硬化还能在水中硬化，且能够保持并继续发展其强度。此外，水泥与水混合后，能够与石料胶结形成坚硬的混凝土，具有良好的抗折强度和抗压强度，其被广泛用于道路、桥梁、水利及建筑等与水泥混凝土相关的土木工程领域中。由此表明，水泥材料是当今极其重要的工程胶结材料，其各项物理性能指标与整体工程结构质量存在较大的关联性。因此，国家对水泥相关的物理性能指标参数的检测出台了标准《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG3420-2020），该标准对操作规程作了统一规定，其中包括水泥的标准稠度用水量测定、凝结时间的测定、体积安定性的测定等，以确保工程单位使用的水泥质量符合相关要求。

为进一步保证水泥物理性能指标检测的可靠度与准确性，以水泥标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性检测前期中水泥净浆拌制操作规程为例，提出现行规范在上述性能检测前期水泥净浆拌制操作规程中的问题和不足，针对上述问题及不足提出相关优化方案进行解决。再结合实际工程水泥检测项目，以此验证优化后的净浆拌制操作规程方案的可行性，相关研究能够为水泥性能检测的操作提供一定的参考，以提高水泥的质量，从而使建筑工程结构质量得到有利的保障。

1检测操作规程中的不足及优化

1.1国家行业标准规程

在现行规范中，有关水泥净浆拌制的操作规程如下：首先是环境温度、湿度控制，试验环境相对湿度不低于50%，室温保持在20±2℃的范围内，保证试样、仪器及其它工具与环境的恒温恒湿。

称取500g水泥试样及已知标准稠度用水量143ml，将水泥净浆搅拌机的搅拌锅内壁以及搅拌叶片用湿毛巾擦拭润湿使其饱水，以确保搅拌锅内壁和搅拌叶片不会因为干燥而吸收水泥浆，保证试验数据的可靠性。先将称好的拌合水倒入搅拌锅内，再将水泥试样倒入搅拌锅内，将装有试样的搅拌锅安装到水泥净浆搅拌机卡槽上，拉动把手抬升搅拌锅使其固定在搅拌机上，后启动搅拌控制器进行搅拌。搅拌速度及时长按照规程规定的程序进行，先低速搅拌120s，停15s，停顿期间将搅拌叶及搅拌锅内壁的水泥净浆刮入到搅拌锅内，接着再高速搅拌120s，关闭控制器及电源，拉动把手松开搅拌锅，用刮刀将搅拌叶上水泥净浆刮入锅中，取下装有水泥净浆的搅拌锅，进入下一个试验环节，如水泥标准稠度、凝结时间及体积安定性的测定等。

1.2存在的不足

经大量工程实践得出，在对水泥的标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性指标采用标准法进行检测的试验过程中，发现各项试验前期共有的水泥净浆拌制这一操作规程存在不足之处。

（1）在现行规程中，先倒入拌和用水再倒入水泥的顺序容易导致水泥颗粒在接触水时产生飞扬，这种飞扬的水泥粉尘不仅可能对工作人员的呼吸道造成伤害，而且还可能导致试样中水泥的质量损失；

（2）水泥颗粒超细，比表面积大，具有超强的吸水性，入水后迅速发生水化反应，快速板结。在上述操作规程中，需抬升搅拌锅固定在搅拌机卡槽中时，由于部分水泥在搅拌锅内已经板结，导致抬升过程中水泥净浆搅拌机的搅拌叶末端很难深入到水泥浆体内部，导致抬升固定十分困难，需用刮刀在板结的水泥面层开个沟槽才可确保抬升到位。这样的操作既不方便又造成操作停顿，在停顿过程中，水泥正在发生水化，导致水泥初凝时间、终凝时间检测出现较大误差。

1.3操作规程优化方案

针对水泥净浆搅拌的操作规程中存在的不足，确保在不影响试验结果的前提下，结合实际生产经验，针对性地提出优化解决方案如下：

（1）调整试样添加顺序，先将称好的水泥倒入搅拌锅中；

（2）随后抬升搅拌锅，并将其安装至搅拌机卡槽中固定，最后再倒入称好的试验用水。

该方案仅改变了水泥与水倒入搅拌锅的先后顺序，以确保搅拌锅抬升时，搅拌叶能顺利轻松地伸入到搅拌锅里，后面再倒入试验水，虽然同样出现板结现象，但搅拌锅已经抬升到位，此时搅拌叶伸入到规定的位置，这样避免了传统操作时水泥入水后水化过快板结，导致搅拌叶难以伸入到搅拌锅内。倒入试验水后立即开动搅拌机，保证水化的同时进行搅拌，初凝时间及终凝时间的初始起算时间计时更及时，结果更准确。该方案能够产生的预期效果有：

（1）减少水泥倒入搅拌锅水面引起水泥飞扬导致的质量损失；

（2）最大程度避免水泥飞扬使工作人员吸入造成的身体伤害；

（3）解决水泥遇水板结导致后续搅拌锅抬升困难的问题；

（4）动作连续，未受到停顿，所以水化计时更及时更准确。

2实际工程水泥检测试验对比分析

为验证上述优化方案的可行性，本研究结合具体工程项目，对水泥的标准稠度用水量、凝结时间及体积安定性等关键性能指标进行两种不同操作方式的检测试验，以评估优化方案的可行性。

2.1工程概况

安徽某高效新校区建设地点在寿县新桥国际产业园内。建筑规划用地面积约886.88亩，总建筑面积约52.04万m²。本地区抗震设防为7度抗震设防区，拟建筑场地为II类。根据规定，除周转房为标准设防类以外，其余单体为重点设防类。根据建筑高度及平面特点，本学校内的各建筑单体拟采用混凝土框架、抗震墙结构体系。

2.2优化方案可行性验证思路

在实际工程中，水泥在使用前均需进行物理性能指标的检测，检测结果可为工程施工提供有效的依据。本研究结合实际工程，对其使用的商用水泥进行指标检测试验，以完成对优化方案的验证。取同一品牌，同一品种，同一标号的同一批次的水泥试样，采用相同的水泥净浆搅拌机在规程规定的温度、湿度环境下进行水泥净浆的搅拌。各性能指标检测试验进行6次，按照优化前和优化后的2种方法分别进行水泥净浆的配制，再进行水泥标准稠度用水量、水泥凝结时间及体积安定性的测定试验，并对试验结果进行对比，以此验证优化方案的可行性。

此3项物理性能指标检测试验中所用到的水泥净浆稠度必须是标准稠度，标准稠度的用水量是通过前期试验已求出作为共同的已知条件，可在本次3项对比试验中直接使用。通过前期对试验环境、设备、水泥试样的统一控制规定后，可减少环境、设备及试样的差异性带来的误差，使试验结果更客观，更具有可比性。

2.3试验过程

现结合生产对该高校新校区项目建设教学楼框架柱使用的商品水泥相关指标进行检测。对混凝土拌合站使用的商品水泥现场取样，采用优化前后2种水泥净浆搅拌方法进行水泥净浆的配制，再进行水泥标准稠度用水量、水泥凝结时间及水泥体积安定性测定，具体试验过程如下。

2.3.1水泥标准稠度用水量测定

从取样桶中称取水泥500g，量取统一的标准稠度用水量，按照优化前和优化后的操作步骤进行搅拌，将拌好的标准稠度水泥净浆按照规范要求分2次装入到试模中填满，用刮刀拍打5下进行密实并抹平，90s内通过维卡仪测定试杆30s沉入浆体深度，计算试杆距底板深度，得到试验结果如表1所示。

2.3.2水泥凝结时间测定

在上个标准稠度用水量测定试验完成后，其试模中的水泥试样可以直接进行水泥凝结时间的测定。将2组试样放入到标准养护箱中进行养护，按照规定时间进行测量，初凝时间和终凝时间测完的试验数据如表2所示。

2.3.3水泥体积安定性测定

将剩余的标准稠度水泥净浆按照规范要求装入到试模夹中，密实抹平，放入到标准养护箱中养护24h后取出，测定试验前针尖初始值A，然后放置沸煮箱中沸煮180min，再测定膨胀后针尖变化C值，试验数据记录如表3所示。

2.4试验结果对比分析

对于水泥标准稠度用水量的测定，相关标准规定试验中维卡仪试杆距底板6±1mm，即5～7mm区间，则水泥净浆稠度达到标准稠度的判定标准。由表1可知，执行非优化操作规程与执行优化操作规程试验数据测定值均在5～7mm这个区间，优化前与优化后的试验结果相近，都在规范规定的范围内，由此表明优化后的水泥净浆拌制操作规程对试验结果无明显不良影响，具有一定的可行性。

由表2可知，执行非优化操作规程的新拌水泥浆体初凝时间最大值55min，最小值为50min，最大差值5min；终凝时间最大值320min，最小值为310min，最大差值10min。而执行优化操作规程后的新拌水泥浆体初凝时间最大值56min，最小值为52min，最大差值4min；终凝时间最大值316min，最小值为312min，最大差值4min。优化前与优化后的水泥初凝时间、终凝时间试验结果相近，其差值也均在允许误差范围内，说明优化后的水泥净浆拌制操作规程对水泥凝结时间这一指标无明显不良影响。此外，采用优化方案制备的水泥浆体的凝结时间差值均有所减小，表明该优化方案能够有效保证水泥净浆搅拌的均匀性，以此确保水泥成型后的性能和安全性。

由表3可知，在水泥试样经过180min的沸煮后，执行非优化操作规程的试件显示有害物质产生的水泥膨胀C-A的最大值4.5mm，最小值3.0mm，其互差值1.5mm。而执行优化操作规程的试件显示有害物质产生的水泥膨胀C-A的最大值3.5mm，最小值2.5mm，其互差值1.0mm。由此表明，优化前后的试验结果互差均未超出规范允许值±5mm，说明优化后的水泥净浆拌制操作规程对此体积安定性检测试验过程无不良影响。此外，采用优化方案制备的水泥试样的C-A互差值有所减小，表明采用优化方案后的水泥体积安定性指标更优，凝结硬化过程中体积变化更为均匀，具有一定的可行性。

3结束语

对水泥的标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性指标采用标准法进行检测时，其前期共有的水泥净浆拌制这一操作规程存在不足之处，分析其具体操作步骤，针对不足之处提出具体优化方案。再结合实际工程中对商用水泥物理性能的检测进行试验对比，得到优化前后的水泥标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性检测结果，以确定该项操作规程的优化方案可行性。结果表明，采用优化后的水泥净浆拌制操作规程对于上述各项物理性能指标的检测结果无不良影响，检测结果均符合相关规范要求，具有良好的可行性。此种优化方案不仅去除了规范中操作存在的弊端，还可以带来以下优点，为以后的试验规程修订提供有力的参考依据。

（1）缓解水泥加入搅拌锅时颗粒飞散，导致部分水泥质量丢失的问题；

（2）解决水泥遇水后板结导致搅拌锅抬升困难的问题；

（3）解决搅拌锅抬升过程中操作不连续的问题，保证水泥水化起始计算时间的及时性，使得水泥初凝、终凝时间检测结果更为准确。（来源：《四川水泥》2024.10）

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