金隅鼎鑫用溶解热法测定水泥水化热的经验

  0  引 言

  随着国民经济和工程技术的发展，现在国内很多大中型工程项目都需要构筑大体积混凝土，在大体积混凝土工程中，往往由于水泥水化热在混凝土内外形成巨大的温差，引起温度应力造成混凝土产生裂缝，给工程带来不同程度的危害。使用较低水化热的水泥是保证大体积混凝土质量的主要途径之一，而其前提是要准确测定水泥的水化热。本文结合实际检测中遇到的问题，主要阐述了溶解热法（水泥水化热基准法）测定水泥水化热时的操作技巧和注意事项。

  1  试验准备阶段的注意事项

  1.1 温度计的选用

  （1）按照GB/T 12959—2008《水泥水化热测定方法》的要求，检测可以选用贝克曼差示温度计或量热温度计，由于贝克曼差示温度计使用前需用量热温度计调整零点，而量热温度计可以直接度数，所以建议选用量热温度计检测。

  （2）试验还需要分度值为0.1℃的温度计至少3支：一支插在恒温水槽内校正控温器温度，一支挂在试验室内用于测量室内气温，一支用于测量酸液温度。

  1.2  温度计保护膜的选用

  由于试验使用的氢氟酸对玻璃有强腐蚀性，所以GB/T 12959—2008第3.3.1.4要求贝克曼差示温度计或量热温度计 “插入酸液部分需涂以石蜡或其他耐氢氟酸的材料”。由于每次试验时温度计都需要插入、拔出，在此过程中极易磨损或划伤涂覆材料，而重新涂覆耐酸涂料需要重新标定热容量，严重影响工作效率。因此建议使用与温度计相应大小且耐氢氟酸腐蚀的薄塑料袋，套在温度计与酸液接触的部位，并用透明胶布将其固定好，这样既防止了温度计被腐蚀，又延长了保护膜的寿命，避免了频繁标定，提高了工作效率。每次使用前还应仔细检查耐酸薄膜是否完好。

  1.3  标定热量计热容量用氧化锌的制备

  由于标定热量计热容量用的基准试剂氧化锌需先在900～950℃下灼烧一小时，灼烧冷却后氧化锌基本都已经结块，较难研磨。根据实际操作经验建议研磨时先将大块碾碎过筛，然后采用“少量多份、及时过筛”的方法研磨，即每次取少量氧化锌在玛瑙研钵研磨，每遍分多份研磨，研磨时间不用过长，研磨一遍后及时过筛，这样既避免了氧化锌暴漏时间过长而吸附空气中的杂质，又省时省力，按此方法一般过3遍过筛就可以将氧化锌都研磨至全部通过0.15mm方孔筛。氧化锌制备完成需要将其放置在密封容器中备用。

  1.4  水化热测定仪的准备

  严禁在水槽内没有加水的情况下接通电源，以防发生意外。在向水槽内注水时，应先将试验内筒的筒盖盖好密封，并移至筒座底部的位置放好，防止加满水后再放入试验内筒时，溢流管来不及排水，大量的水从水槽上面外溢。此外，使用前还需将冷却水管的进、出水管、水槽的溢流出水管按仪器说明书要求连接好。

  量热温度计、塑料内筒、酸液搅拌棒和保温瓶应配套使用，为了避免混淆，需要在各器具上贴上标签或做上标记。

  试验前24h需将检测用的整套内筒放入20±0.1℃恒温水槽中，同时还应该将空调打开设置到20℃，以帮助水化热测定仪在较短的时间内将温度控制到试验温度，并使试验室温湿度较稳定的保持在试验所需范围内。

  2  检测过程中的注意事项

  2.1  酸液温度的调整和控制

  因GB/T 12959—2008要求的酸液温度为13.5±0.5℃，试验前需提前将标定好的硝酸溶液分到两个容器内，一个放置于冰箱冷藏至13℃以下，一个放置于试验室环境下，试验时先将冷藏的硝酸溶液倒入塑料耐酸称量容器内，根据其实际温度加环境温度的硝酸溶液调整至要求温度。

  在标定热量计热容量时，需要将酸液温度调整至温度要求下限13℃，因为标定整个过程时间比较长，量热温度计的最大量程为20℃，如果酸液温度偏高，在经过20min初始搅拌期和至少15min初测期，再经过120 min测读期时，很有可能就超过了量热温度计的量程，造成标定数据采集不完整。同样，在测定测读时间较长的火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥水化热时，也需将酸液温度调整至13℃或接近13℃。

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  2.2  酸液搅拌棒的使用

  从主轴夹头上装卸酸液搅拌棒时应小心操作，防止酸液搅拌棒从高处跌落至真空瓶内，损坏真空瓶，而且酸液搅拌棒的下落会致使酸液面上升，可能造成酸液与软木塞接触，腐蚀木塞。

  从倒入酸液开始启动酸液搅拌棒，到测读结束停止搅拌，中间酸液搅拌棒应连续开启，试验期间还要经常观察带动酸液搅拌棒的皮带运行情况，如有异常及时调整或更换。

  2.3 测定部分水化水泥溶解热的注意事项

  由于GB/T 12959—2008要求将达到试验龄期的试样在10min内捣碎、研磨、过筛、混合均匀并放入磨口称量瓶中，在实际操作中很难在规定时间完成，至少需要两个人默契配合、统筹安排才能达到要求。

  下面以常用的双筒水化热测定仪为例，介绍此试验阶段的正常顺序：

  ①将符合试验要求的酸液分别通过直径漏斗加入两塑料内筒，并插入量热温度计，同时开动酸液搅拌棒搅拌并开始计时；

  ②从水中取出达到试验龄期的塑料试样瓶，直接将塑料试样瓶捣坏，从中取出水化水泥试样；

  ③将试样在金属研钵里捣碎、过筛，在玛瑙研钵上研磨，直至得到所需的大于25.2g（四份试验样品加两份备用灼烧样品的质量）的部分水化水泥即可，不需要将所有的试样都研磨至通过0.6mm方孔筛；

  ④将得到的试样混合均匀并放入磨口称量瓶；

  ⑤之后一名检测员将试样拿去称取试样，另一名检测员去水化热测定仪前准备读取初测期读数。

  在此过程中还需注意，一定要将过筛的部分水化水泥试样充分混合均匀，否则很容易造成两试样灼烧质量结果之差超过0.003g,此时需要重新补做灼烧质量。

  2.4 试样结束后的清洁整理

  试验结束后需按GB/T 12959—2008第3.5.3.8要求倒出酸液，清洗并擦干内筒和量热温度计，还需检查量热温度计的耐酸薄膜的是否完好。

  试验完毕还要把金属研钵内和研体上粘着的样品仔细清理干净，以防试样残留在研钵体内壁和研体上影响之后试验的准确性。

  3  数据记录和结果计算的注意事项

  3.1  试验数据的读取与记录

  在读取数据时一定要根据秒表将时间节点卡准，因为如果读取数据的时间不精确会影响到整个试验结果。另外读取量热温度计度数时，一定要将放大镜中心对准读数位置，视线与水银柱上表面在同一水平面上，以减少人为误差。

  在向热量计内加料时，一定要记录当时的室温，这个室温计算时需要用到，通常由于此试验时间要求比较严格，很多不太熟练的检测员容易在试验中忘记记录此室温，从而影响到整个试验的准确性。

  3.2 试验结果的计算

  在计算时需要用到未水化水泥试样溶解期第一次测度数ta′，在计算未水化水泥和部分水化水泥溶解热时，在同一量热计上检测的水泥取同一ta′值；在最终计算水泥的水化热时，由于未水化水泥和部分水化水泥溶解热结果均为两次试验计算结果的平均值，所以此时ta′应取两次试验读数的平均值。

  由于整个水泥水化热试验过程的计算比较繁琐，如果其中某一环节计算错误都会影响最终的计算结果，所以建议在电脑上利用Excel表格将计算过程和公式录入电脑。计算时直接将试验读数输入电脑就可以得到最终结果，这样既可以提高工作效率，又可以避免计算过程产生错误。

  4  结束语

  笔者公司技术研发中心按照GB/T 12959—2008和以上注意事项进行溶解热法测定水泥水化热，检测结果具有较好的重复性和准确性。