金隅鼎鑫用溶解熱法測(cè)定水泥水化熱的經(jīng)驗(yàn)

  0  引 言

  隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工程技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多大中型工程項(xiàng)目都需要構(gòu)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(yīng)力造成混凝土產(chǎn)生裂縫，給工程帶來(lái)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(zhǔn)確測(cè)定水泥的水化熱。本文結(jié)合實(shí)際檢測(cè)中遇到的問(wèn)題，主要闡述了溶解熱法（水泥水化熱基準(zhǔn)法）測(cè)定水泥水化熱時(shí)的操作技巧和注意事項(xiàng)。

  1  試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的注意事項(xiàng)

  1.1 溫度計(jì)的選用

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

  （2）試驗(yàn)還需要分度值為0.1℃的溫度計(jì)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(yàn)室內(nèi)用于測(cè)量室內(nèi)氣溫，一支用于測(cè)量酸液溫度。

  1.2  溫度計(jì)保護(hù)膜的選用

  由于試驗(yàn)使用的氫氟酸對(duì)玻璃有強(qiáng)腐蝕性，所以GB/T 12959—2008第3.3.1.4要求貝克曼差示溫度計(jì)或量熱溫度計(jì) “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(yàn)時(shí)溫度計(jì)都需要插入、拔出，在此過(guò)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(biāo)定熱容量，嚴(yán)重影響工作效率。因此建議使用與溫度計(jì)相應(yīng)大小且耐氫氟酸腐蝕的薄塑料袋，套在溫度計(jì)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(jì)被腐蝕，又延長(zhǎng)了保護(hù)膜的壽命，避免了頻繁標(biāo)定，提高了工作效率。每次使用前還應(yīng)仔細(xì)檢查耐酸薄膜是否完好。

  1.3  標(biāo)定熱量計(jì)熱容量用氧化鋅的制備

  由于標(biāo)定熱量計(jì)熱容量用的基準(zhǔn)試劑氧化鋅需先在900～950℃下灼燒一小時(shí)，灼燒冷卻后氧化鋅基本都已經(jīng)結(jié)塊，較難研磨。根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)建議研磨時(shí)先將大塊碾碎過(guò)篩，然后采用“少量多份、及時(shí)過(guò)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(shí)間不用過(guò)長(zhǎng)，研磨一遍后及時(shí)過(guò)篩，這樣既避免了氧化鋅暴漏時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而吸附空氣中的雜質(zhì)，又省時(shí)省力，按此方法一般過(guò)3遍過(guò)篩就可以將氧化鋅都研磨至全部通過(guò)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(cè)定儀的準(zhǔn)備

  嚴(yán)禁在水槽內(nèi)沒(méi)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(shí)，應(yīng)先將試驗(yàn)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(yàn)內(nèi)筒時(shí)，溢流管來(lái)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(jìn)、出水管、水槽的溢流出水管按儀器說(shuō)明書(shū)要求連接好。

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

  試驗(yàn)前24h需將檢測(cè)用的整套內(nèi)筒放入20±0.1℃恒溫水槽中，同時(shí)還應(yīng)該將空調(diào)打開(kāi)設(shè)置到20℃，以幫助水化熱測(cè)定儀在較短的時(shí)間內(nèi)將溫度控制到試驗(yàn)溫度，并使試驗(yàn)室溫濕度較穩(wěn)定的保持在試驗(yàn)所需范圍內(nèi)。

  2  檢測(cè)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

  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(yàn)前需提前將標(biāo)定好的硝酸溶液分到兩個(gè)容器內(nèi)，一個(gè)放置于冰箱冷藏至13℃以下，一個(gè)放置于試驗(yàn)室環(huán)境下，試驗(yàn)時(shí)先將冷藏的硝酸溶液倒入塑料耐酸稱(chēng)量容器內(nèi)，根據(jù)其實(shí)際溫度加環(huán)境溫度的硝酸溶液調(diào)整至要求溫度。

  在標(biāo)定熱量計(jì)熱容量時(shí)，需要將酸液溫度調(diào)整至溫度要求下限13℃，因?yàn)闃?biāo)定整個(gè)過(guò)程時(shí)間比較長(zhǎng)，量熱溫度計(jì)的最大量程為20℃，如果酸液溫度偏高，在經(jīng)過(guò)20min初始攪拌期和至少15min初測(cè)期，再經(jīng)過(guò)120 min測(cè)讀期時(shí)，很有可能就超過(guò)了量熱溫度計(jì)的量程，造成標(biāo)定數(shù)據(jù)采集不完整。同樣，在測(cè)定測(cè)讀時(shí)間較長(zhǎng)的火山灰硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥水化熱時(shí)，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(shí)應(yīng)小心操作，防止酸液攪拌棒從高處跌落至真空瓶?jī)?nèi)，損壞真空瓶，而且酸液攪拌棒的下落會(huì)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(kāi)始啟動(dòng)酸液攪拌棒，到測(cè)讀結(jié)束停止攪拌，中間酸液攪拌棒應(yīng)連續(xù)開(kāi)啟，試驗(yàn)期間還要經(jīng)常觀察帶動(dòng)酸液攪拌棒的皮帶運(yùn)行情況，如有異常及時(shí)調(diào)整或更換。

  2.3 測(cè)定部分水化水泥溶解熱的注意事項(xiàng)

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

  下面以常用的雙筒水化熱測(cè)定儀為例，介紹此試驗(yàn)階段的正常順序：

  ①將符合試驗(yàn)要求的酸液分別通過(guò)直徑漏斗加入兩塑料內(nèi)筒，并插入量熱溫度計(jì)，同時(shí)開(kāi)動(dòng)酸液攪拌棒攪拌并開(kāi)始計(jì)時(shí)；

  ②從水中取出達(dá)到試驗(yàn)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(guò)篩，在瑪瑙研缽上研磨，直至得到所需的大于25.2g（四份試驗(yàn)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(guò)0.6mm方孔篩；

  ④將得到的試樣混合均勻并放入磨口稱(chēng)量瓶；

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

  在此過(guò)程中還需注意，一定要將過(guò)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(jié)果之差超過(guò)0.003g,此時(shí)需要重新補(bǔ)做灼燒質(zhì)量。

  2.4 試樣結(jié)束后的清潔整理

  試驗(yàn)結(jié)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(jì)，還需檢查量熱溫度計(jì)的耐酸薄膜的是否完好。

  試驗(yàn)完畢還要把金屬研缽內(nèi)和研體上粘著的樣品仔細(xì)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(yàn)的準(zhǔn)確性。

  3  數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果計(jì)算的注意事項(xiàng)

  3.1  試驗(yàn)數(shù)據(jù)的讀取與記錄

  在讀取數(shù)據(jù)時(shí)一定要根據(jù)秒表將時(shí)間節(jié)點(diǎn)卡準(zhǔn)，因?yàn)槿绻x取數(shù)據(jù)的時(shí)間不精確會(huì)影響到整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果。另外讀取量熱溫度計(jì)度數(shù)時(shí)，一定要將放大鏡中心對(duì)準(zhǔn)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(jì)內(nèi)加料時(shí)，一定要記錄當(dāng)時(shí)的室溫，這個(gè)室溫計(jì)算時(shí)需要用到，通常由于此試驗(yàn)時(shí)間要求比較嚴(yán)格，很多不太熟練的檢測(cè)員容易在試驗(yàn)中忘記記錄此室溫，從而影響到整個(gè)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

  3.2 試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算

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

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

  4  結(jié)束語(yǔ)

  筆者公司技術(shù)研發(fā)中心按照GB/T 12959—2008和以上注意事項(xiàng)進(jìn)行溶解熱法測(cè)定水泥水化熱，檢測(cè)結(jié)果具有較好的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。