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浅谈水泥比表面积试验
摘要：水泥比表面积试验，关键在于对透气圆筒试料层体积的标定。试料层体积确定后需用标准（校准)试样进行复核试验.
关键词：水泥、比表面积、试验
引言：随着科学技术的发展,经济,文化水平的提高，综合国力的增强。我国高速公路、桥梁建筑的需求越来越多、越来越高。在高速公路结构物以及桥梁建设中离不开水泥砼,水泥砼中最主要的原材料是“水泥”,水泥质量的优劣将直接影响工程的质量。水泥质量的检测至关重要。本文详细介绍水泥比表面积试验.
1、前言：
1．1、定义、原理、方法
水泥比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的总面积,以m2／Kg表示。其原理根据一定量的空气通过具有一定空隙率和固定厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积.在一定空隙率的水泥层中,孔隙的大小和数量是颗粒尺寸的函数,同时也决定了通过料层的气流速度.
1．2、适用范围
水泥比表面积测定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、道路硅酸盐水泥以及指定采用水泥比表面积测定方法的其它粉状物料。水泥比表面积测定方法不适用于测定多孔材料及超细粉状物料.
2、水泥比表面积测定方法
2．1 仪器设备
2。1.1 FBT-9型全自动比表面积测定仪:由透气圆筒、压力计、液晶显示屏、按键、抽气装置等部分组成的一体机.
2。1.2 透气圆筒:内径为12。70mm，由不锈钢制成。在圆筒内壁，距离圆筒上口边50。25mm处有一突出的宽度为1mm的边缘，用以放置金属穿孔板。
2。1。3 穿孔板:由黄铜制成,厚度0。10mm。在其面上,等距离地打有35个直径1mm的小孔。
2.1。4 捣器：用不锈钢制成,侧面有一个扁平槽，宽3mm。捣器的顶部有一个支持环，捣器底面与捣器支持环之间的距离是35。03mm，当捣器放入透气圆筒时，支持环与透气圆筒上口边接触，这时捣器底面与穿孔圆板之间的距离为15。12mm（50.25—0。10-35。03）mm.
2.1。5 U型压力计：由外径为9mm的玻璃管制成，压力计一个臂的顶端有一锥形磨口与透气圆筒紧密连接，在连接透气圆筒的压力计臂上刻有环形线。
2。1。6 抽气装置：小型抽气泵。
2.1。7 滤纸：中速定量滤纸。
2.1。8 天平:感量为1mg。
2。1。9 其它:烘干箱、漏斗、小勺、镊子、干燥器、毛刷、
放置透气圆筒的不锈钢金属支架、推杆、3×3mm小块玻璃板等.
2.1。10 透气圆筒的内径,穿孔板的厚度，捣器的几何尺寸均符合规范JTGE30-2005（T0504—2005）要求。能够满足捣器底面与穿孔板之间的距离在15mm±0。5mm范围之内;压力机，抽气泵，烘干箱，干燥器，天平的感量均符合规范要求;毛刷，小勺，漏斗，小玻璃板，金属支架，推杆等工具能够试验试用。
2．2 材料
2。2.1 压力计液体
压力计液体采用无色蒸馏水.
2.2.2基本材料
基本材料采用中国建筑材料科学研究总院生产的标准试样。
2．3 仪器校准
2.3。1 漏气检查：将透气圆筒上口用橡皮塞塞紧，用抽气装置从压力计一臂中抽出部分气体,关闭抽气,观察是否漏气。本次漏气检查测定了300秒，浮球不下沉，说明该仪器漏气检查合格
3．试验步骤：
3。1试料层体积的测定
水银排代法：将两片滤纸沿圆筒壁放入透气圆筒内,用一个直径略比透气圆筒小的细长棒往下按,直到滤纸平整放在金属的穿孔板上。然后装满水银，用小块玻璃板轻压水银表面,使水银面与圆筒口平齐,边压边慢慢转动玻璃板使玻璃板和水银表面之间没有气泡或空洞存在。从圆筒中倒出水银，称量，精确至0.05g。重复几次测定，到数值基本不变为止。试验前半个小时打开天平，让天平预热，小玻璃板一块，透气圆筒，水银，薄橡胶手套(水银是有毒重金属，为防止水银小粒沾到手指甲缝中中毒而使用)。直径10cm，高3cm的不锈钢小碗两个用以盛放回收水银，将穿孔板用细金属棒推入透气圆筒内，然后将两片滤纸在穿孔板上放平整,边缘压紧。透气圆筒放置在金属支架上一同放入不锈钢小碗中装满水银用小块玻璃板轻压水银表面同时慢慢地转动玻璃板使水银面与圆筒口齐平，水银表面和玻璃板之间没有气泡为止。（使用不锈钢小碗是防止在用玻璃板轻压水银表面时多出的水银溅出不易回收而使用）。从圆筒中倒出水银,称量。本次试验次数为10次,10次检测结果分别是87。463g，87。468g,87。482g，87.478g,87。485g,87。480g,87.479g,87.480g，87.477g,87。458g.10次结果的平均值:87。475g
(测定最大值:87.485g与测定最小值87。458g之差是0。027g，符合规范要求水银称量值相差小于0.05g的规定，因此，取10次测量结果的平均值87。475g为P1的测定值)
P1—-未装水泥时,充满圆筒内的水银质量（g）.
然后用细长棒将穿孔板连同两片滤纸从圆筒中推出，用干净柔软的餐纸将透气圆筒内外壁，穿孔板等工具擦拭干净,再次将透气圆筒放置在金属支架上用细长棒将穿孔板推入透气圆筒内,穿孔板上平整的放入一片滤纸。试用准备好的水泥试样3。300g,仔细装入透气圆筒内，装完水泥试样后用金属细棒轻敲圆筒的边，使水泥试样层表面平坦.再放入一片滤纸，用捣器均匀捣实水泥试样， 捣器的支持环不能与圆筒顶面接触，水泥用量偏多。试用水泥试样3。200g，试验捣器支持环不能与圆筒顶面接触，水泥用量偏多，试用水泥试样3.150g，捣器支持环不能与圆筒顶面接触，水泥用量偏多，试用水泥试样3。120g,捣器支持环不能与圆筒顶面接触，水泥用量偏多,试用水泥试样3.100g，仔细装入透气圆筒内，装完水泥试样后用金属细棒轻敲圆筒的边，使水泥试样层表面平坦。再放入一片滤纸，用捣器均匀捣实水泥试样，捣器的支持环恰好与圆筒顶边接触紧密。用3。100g水泥试样制备的坚实水泥层符合规范要求.然后再在圆筒上部空间注入水银，按照上述P1的试验步骤测定出P2的结果。本次试验测定次数为第一组5次测定值分别是［61。535g;61。533g；61。538g;61。539g；61。536g］平均值为61。536g,第二组5次测定值分别是［61.541g；61。556g；61。538g;61。534g；61。536g];平均值为61.541g。
两次制备坚实水泥试料层后充满圆筒的水银质量的测定结果分别是P2=61。536g；P2/=61。541g
P2-—装水泥后，充满圆筒的水银质量(g）。
试验室温度20℃，20℃水银的密度是13.55g/cm3.ρ水银为13。55 g/cm3
ρ水银—-试验温度下水银的密度（g/cm3）。
3.1.1圆筒内试样层体积V按下式计算,
V=10-6×（P1—P2)/ρ水银
=1.914cm3
V1 =10—6×（P1-P2）/ρ水银
=10-6×（87。475-61.536）/13。55
=10—6×1.914（m3）
=1。914cm3
V2 =10-6×（P1— P2/)/ρ水银
=10—6×（87.475—61.541)/13.55
=10-6×1。914（m3）
=1.914cm3
V=（V1+V2）/2=10—6×1。914(m3）=1.914cm3
3.2试样准备
3。2。1将110℃±5℃下烘干并在干燥器中冷却到室温的标准试样，倒入100mL的密闭瓶内，用力摇动2min，将结块成团的试样振碎,使试样松散。静置2min后，打开瓶盖,轻轻搅拌,使在松散过程中落到表面的细粉,分布到整个试样中.
本次试验用标准粉是中国建筑材料科学研究总院生产的标准样。标准粉的密度是:3。05g/cm3；比表面积标准值是：3648cm2/g(364.8m2/Kg）。
3.2。2确定试样量
校正试验用的标准试样量。计算公式为：
W=ρV(1-ε)
式中：W—-需要的试样量（Kg)，精确至1mg；
ρ—-试样密度（Kg/m3）;
V-—按上述2.4测定的试料层体积(m3）
ε——试料层空隙率。
3。2。3用准备好的标准粉进行仪器K值的标定。
W标准粉=3。05g/cm3×1。914 cm3×（1-0。5）=2。91885g≈2。919g
3。3 K值的测定
3.3。1接通电源,打开全自动比表面积测定仪的开关，液晶显示屏上显示【FBT—9型比表面积仪】。从压力计的左侧一臂玻璃管加入无色蒸馏水,当蒸馏水液面超过底层固定钢架后，向右侧一臂玻璃管放入一个黑色小浮球(仪器配带），然后继续加水至仪器显示屏出现【S:317。0;K:1.007;温度：20。0】时,此时仪器处于待机状态。用仪器配带的橡皮塞塞紧右侧U形压力计标准阴锥，按仪器S值测定键,再按测量键，仪器进入自动抽气,仪器停止抽气后观察黑色浮球的下沉情况，若浮球经过300秒时间不下沉，说明仪器不漏气,
3。3。2将透气圆筒放在金属支架上，用细长金属棒将穿孔板平放入透气圆筒内,然后再将一片滤纸平送到穿孔板上，边缘压紧。准确称取标准粉试样2.919g,借助自制的小工具将标准粉仔细装入透气圆筒内，装料过程中不得有试样损失，装完试样后，一手轻扶透气圆筒，一手用细长金属棒轻敲圆筒的边，使标准试样层表面平坦.再放入一片滤纸,用细长金属棒轻推到试样表面，取出金属棒，用捣器均匀捣实试样直至捣器的支持环紧紧接触圆筒顶边并旋转两周,慢慢取出捣器.为避免漏气，在圆筒下锥面涂一薄层凡斯林，然后把透气圆筒插入压力计顶端锥形磨口处，旋转两周。
3。3。3按下【K值】键，K值指示灯亮，液晶屏显示【测量K—值状态 请设置参数 温度20.0】然后依次设定标准试样的比表面积SS：364。8；密度ρs：3。050;空隙率εs:0。500。按下【SET】键,参数被保存,这时液晶屏显示【测量K-值状态 参数已设置请测量 温度20.0】按【复位/测量】键，进入K值的测定，K值测定结束，液晶屏显示【T：137。3 K：1.790 温度20.0】。K值已经存入仪器中。
3。3。4将透气圆筒中的试样倒出，重新装入2.919g标准试样对仪器标定的K值进行校核试验,为避免漏气，在圆筒下锥面涂一薄层凡斯林，然后把透气圆筒插入压力计顶端锥形磨口处,旋转两周.按【S值】键，然后按【复位/测量】键进行标准试样比表面积S值的测定，S1=363。97m2/Kg。将透气圆筒中的试样倒出，再次装入2.919g标准试样对仪器标定的K值进行校核试验，为避免漏气，在圆筒下锥面涂一薄层凡斯林，然后把透气圆筒插入压力计顶端锥形磨口处，旋转两周.按【S值】键，然后按【复位/测量】键进行标准试样比表面积S值的测定，S2=367。42m2/Kg.对标准试样进行了两次试验,测定结果：S=（363.97m2/Kg +367。42m2/Kg）/2=365.70m2/Kg接近标准粉的比表面积364。8m2/Kg。K值的标定符合要求.
4.水泥比表面积试验，
4.1确定水泥试样量
4。1。1水泥试样先通过0。9mm方孔筛,再在110℃±5℃下烘干,并在干燥器中冷却至室温。本次检测的水泥密度是3。16g/cm3，
W水泥=3.16g/cm3×1。914cm3×（1-0。5)=3.024g
4.2将透气圆筒放在金属支架上，用细长金属棒将穿孔板平放入透气圆筒内，然后再将一片滤纸平送到穿孔板上，边缘压紧。准确称取水泥试样3.024g,借助自制的小工具将水泥试样仔细装入透气圆筒内,装料过程中不得有试样损失，装完试样后，一手轻扶透气圆筒，一手用细长金属棒轻敲圆筒的边，使水泥试样层表面平坦。再放入一片滤纸，用细长金属棒轻推到试样表面，取出金属棒，用捣器均匀捣实试样直至捣器的支持环紧紧接触圆筒顶边并旋转两周,慢慢取出捣器.为避免漏气,在圆筒下锥面涂一薄层凡斯林，然后把透气圆筒插入压力计顶端锥形磨口处,旋转两周.按【S值】键，然后按【复位/测量】键，仪器进行测定，水泥的比表面积S1=340。19m2/Kg。将透气圆筒中的试样倒出，再次装入水泥试样3。024g按上述方法进行试验,仪器测定，水泥的比表面积S2=342。32m2/Kg.
4。3试验结果
水泥的比表面积:
S=(340。19m2/Kg+342.32m2/Kg)/2=341.255m2/Kg≈341m2/Kg。
5。结束语：
桥梁工程中高强混凝土对水泥的比表面积要求很苛刻一般在300m2/Kg —350m2/Kg，因此，水泥比表面积检测就至关重要。水泥比表面积试验关键在于对透气圆筒试料层体积的标定，试料层体积确定后，需用标准（校准）试样进行复核试验.
参考文献：［1］公路工程水泥及水泥混凝土试验规程
[2］水泥比表面积测定方法
附 试验检测表
仪器透气圆筒体积标定、水泥比表面积检测表
试验温度
20℃
水银密度(g/cm3)
13.55
未装水泥时，充满圆筒的水银质量P1（g）
87.463
87.482
平均值
87.478
87。468
87.475
87.485
87。480
87。479
87.480
87.477
87。458
标准(校准）试样密度（g/cm3）
3。05
标准（校准）试样比表面积（m2/Kg）
364。8
标准（校准)试样质量(g）
2.919
装水泥后，充满圆筒的水银质量P2（g）
61。535
平均值
61。541
平均值
61.533
61。536
61。556
61.541
61.538
61.538
61.539
61。534
61.536
61.536
圆筒内试样层体积V（m3)
V=10—6×（P1-P2）/ρ水银
V=10-6×[（87。475—61.536）/13.55+
（87。475—61。541)/13。55］/2
=10-6×1。914（m3）
=1.914cm3
仪器K值的标定
1.790
用标定的K值对标准（校准）试样进行比表面积的校核
标准试样质量
（g)
标准试样比表面积(m2/Kg）
2.919
363。97
2.919
367。42
水泥试样密度（g/cm3）
3。16
水泥试样质量(g）
3。024
水泥试样比表面积（m2/Kg)
340.19
平均值
341
342。32