金隅鼎鑫用溶解熱法測定水泥水化熱的經(jīng)驗

  0  引 言

  隨著國民經(jīng)濟和工程技術的發(fā)展，現(xiàn)在國內(nèi)很多大中型工程項目都需要構筑大體積混凝土，在大體積混凝土工程中，往往由于水泥水化熱在混凝土內(nèi)外形成巨大的溫差，引起溫度應力造成混凝土產(chǎn)生裂縫，給工程帶來不同程度的危害。使用較低水化熱的水泥是保證大體積混凝土質(zhì)量的主要途徑之一，而其前提是要準確測定水泥的水化熱。本文結合實際檢測中遇到的問題，主要闡述了溶解熱法（水泥水化熱基準法）測定水泥水化熱時的操作技巧和注意事項。

  1  試驗準備階段的注意事項

  1.1 溫度計的選用

  （1）按照GB/T 12959—2008《水泥水化熱測定方法》的要求，檢測可以選用貝克曼差示溫度計或量熱溫度計，由于貝克曼差示溫度計使用前需用量熱溫度計調(diào)整零點，而量熱溫度計可以直接度數(shù)，所以建議選用量熱溫度計檢測。

  （2）試驗還需要分度值為0.1℃的溫度計至少3支：一支插在恒溫水槽內(nèi)校正控溫器溫度，一支掛在試驗室內(nèi)用于測量室內(nèi)氣溫，一支用于測量酸液溫度。

  1.2  溫度計保護膜的選用

  由于試驗使用的氫氟酸對玻璃有強腐蝕性，所以GB/T 12959—2008第3.3.1.4要求貝克曼差示溫度計或量熱溫度計 “插入酸液部分需涂以石蠟或其他耐氫氟酸的材料”。由于每次試驗時溫度計都需要插入、拔出，在此過程中極易磨損或劃傷涂覆材料，而重新涂覆耐酸涂料需要重新標定熱容量，嚴重影響工作效率。因此建議使用與溫度計相應大小且耐氫氟酸腐蝕的薄塑料袋，套在溫度計與酸液接觸的部位，并用透明膠布將其固定好，這樣既防止了溫度計被腐蝕，又延長了保護膜的壽命，避免了頻繁標定，提高了工作效率。每次使用前還應仔細檢查耐酸薄膜是否完好。

  1.3  標定熱量計熱容量用氧化鋅的制備

  由于標定熱量計熱容量用的基準試劑氧化鋅需先在900～950℃下灼燒一小時，灼燒冷卻后氧化鋅基本都已經(jīng)結塊，較難研磨。根據(jù)實際操作經(jīng)驗建議研磨時先將大塊碾碎過篩，然后采用“少量多份、及時過篩”的方法研磨，即每次取少量氧化鋅在瑪瑙研缽研磨，每遍分多份研磨，研磨時間不用過長，研磨一遍后及時過篩，這樣既避免了氧化鋅暴漏時間過長而吸附空氣中的雜質(zhì)，又省時省力，按此方法一般過3遍過篩就可以將氧化鋅都研磨至全部通過0.15mm方孔篩。氧化鋅制備完成需要將其放置在密封容器中備用。

  1.4  水化熱測定儀的準備

  嚴禁在水槽內(nèi)沒有加水的情況下接通電源，以防發(fā)生意外。在向水槽內(nèi)注水時，應先將試驗內(nèi)筒的筒蓋蓋好密封，并移至筒座底部的位置放好，防止加滿水后再放入試驗內(nèi)筒時，溢流管來不及排水，大量的水從水槽上面外溢。此外，使用前還需將冷卻水管的進、出水管、水槽的溢流出水管按儀器說明書要求連接好。

  量熱溫度計、塑料內(nèi)筒、酸液攪拌棒和保溫瓶應配套使用，為了避免混淆，需要在各器具上貼上標簽或做上標記。

  試驗前24h需將檢測用的整套內(nèi)筒放入20±0.1℃恒溫水槽中，同時還應該將空調(diào)打開設置到20℃，以幫助水化熱測定儀在較短的時間內(nèi)將溫度控制到試驗溫度，并使試驗室溫濕度較穩(wěn)定的保持在試驗所需范圍內(nèi)。

  2  檢測過程中的注意事項

  2.1  酸液溫度的調(diào)整和控制

  因GB/T 12959—2008要求的酸液溫度為13.5±0.5℃，試驗前需提前將標定好的硝酸溶液分到兩個容器內(nèi)，一個放置于冰箱冷藏至13℃以下，一個放置于試驗室環(huán)境下，試驗時先將冷藏的硝酸溶液倒入塑料耐酸稱量容器內(nèi)，根據(jù)其實際溫度加環(huán)境溫度的硝酸溶液調(diào)整至要求溫度。

  在標定熱量計熱容量時，需要將酸液溫度調(diào)整至溫度要求下限13℃，因為標定整個過程時間比較長，量熱溫度計的最大量程為20℃，如果酸液溫度偏高，在經(jīng)過20min初始攪拌期和至少15min初測期，再經(jīng)過120 min測讀期時，很有可能就超過了量熱溫度計的量程，造成標定數(shù)據(jù)采集不完整。同樣，在測定測讀時間較長的火山灰硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥水化熱時，也需將酸液溫度調(diào)整至13℃或接近13℃。

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  2.2  酸液攪拌棒的使用

  從主軸夾頭上裝卸酸液攪拌棒時應小心操作，防止酸液攪拌棒從高處跌落至真空瓶內(nèi)，損壞真空瓶，而且酸液攪拌棒的下落會致使酸液面上升，可能造成酸液與軟木塞接觸，腐蝕木塞。

  從倒入酸液開始啟動酸液攪拌棒，到測讀結束停止攪拌，中間酸液攪拌棒應連續(xù)開啟，試驗期間還要經(jīng)常觀察帶動酸液攪拌棒的皮帶運行情況，如有異常及時調(diào)整或更換。

  2.3 測定部分水化水泥溶解熱的注意事項

  由于GB/T 12959—2008要求將達到試驗齡期的試樣在10min內(nèi)搗碎、研磨、過篩、混合均勻并放入磨口稱量瓶中，在實際操作中很難在規(guī)定時間完成，至少需要兩個人默契配合、統(tǒng)籌安排才能達到要求。

  下面以常用的雙筒水化熱測定儀為例，介紹此試驗階段的正常順序：

  ①將符合試驗要求的酸液分別通過直徑漏斗加入兩塑料內(nèi)筒，并插入量熱溫度計，同時開動酸液攪拌棒攪拌并開始計時；

  ②從水中取出達到試驗齡期的塑料試樣瓶，直接將塑料試樣瓶搗壞，從中取出水化水泥試樣；

  ③將試樣在金屬研缽里搗碎、過篩，在瑪瑙研缽上研磨，直至得到所需的大于25.2g（四份試驗樣品加兩份備用灼燒樣品的質(zhì)量）的部分水化水泥即可，不需要將所有的試樣都研磨至通過0.6mm方孔篩；

  ④將得到的試樣混合均勻并放入磨口稱量瓶；

  ⑤之后一名檢測員將試樣拿去稱取試樣，另一名檢測員去水化熱測定儀前準備讀取初測期讀數(shù)。

  在此過程中還需注意，一定要將過篩的部分水化水泥試樣充分混合均勻，否則很容易造成兩試樣灼燒質(zhì)量結果之差超過0.003g,此時需要重新補做灼燒質(zhì)量。

  2.4 試樣結束后的清潔整理

  試驗結束后需按GB/T 12959—2008第3.5.3.8要求倒出酸液，清洗并擦干內(nèi)筒和量熱溫度計，還需檢查量熱溫度計的耐酸薄膜的是否完好。

  試驗完畢還要把金屬研缽內(nèi)和研體上粘著的樣品仔細清理干凈，以防試樣殘留在研缽體內(nèi)壁和研體上影響之后試驗的準確性。

  3  數(shù)據(jù)記錄和結果計算的注意事項

  3.1  試驗數(shù)據(jù)的讀取與記錄

  在讀取數(shù)據(jù)時一定要根據(jù)秒表將時間節(jié)點卡準，因為如果讀取數(shù)據(jù)的時間不精確會影響到整個試驗結果。另外讀取量熱溫度計度數(shù)時，一定要將放大鏡中心對準讀數(shù)位置，視線與水銀柱上表面在同一水平面上，以減少人為誤差。

  在向熱量計內(nèi)加料時，一定要記錄當時的室溫，這個室溫計算時需要用到，通常由于此試驗時間要求比較嚴格，很多不太熟練的檢測員容易在試驗中忘記記錄此室溫，從而影響到整個試驗的準確性。

  3.2 試驗結果的計算

  在計算時需要用到未水化水泥試樣溶解期第一次測度數(shù)ta′，在計算未水化水泥和部分水化水泥溶解熱時，在同一量熱計上檢測的水泥取同一ta′值；在最終計算水泥的水化熱時，由于未水化水泥和部分水化水泥溶解熱結果均為兩次試驗計算結果的平均值，所以此時ta′應取兩次試驗讀數(shù)的平均值。

  由于整個水泥水化熱試驗過程的計算比較繁瑣，如果其中某一環(huán)節(jié)計算錯誤都會影響最終的計算結果，所以建議在電腦上利用Excel表格將計算過程和公式錄入電腦。計算時直接將試驗讀數(shù)輸入電腦就可以得到最終結果，這樣既可以提高工作效率，又可以避免計算過程產(chǎn)生錯誤。

  4  結束語

  筆者公司技術研發(fā)中心按照GB/T 12959—2008和以上注意事項進行溶解熱法測定水泥水化熱，檢測結果具有較好的重復性和準確性。