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水泥水化热测定实验指导书
1 目的
经过实验掌握水泥水化热的测定方法及水泥水化热测定仪的使用方法, 能够及时、 正确的使用仪器检测某一期龄的水泥水化热, 为水泥研究提供依据。
2 范围
适用于硅酸盐水泥、 中热硅酸盐水泥、 低热硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥、 矿渣硅酸盐水泥、 低热矿渣硅酸盐水泥、 火山灰硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥等水泥水化热的测定。
3 依据
GB/T 12959- 水泥水化热测定方法(溶解热法)
4 实验仪器
水泥水化热测定仪(1台)、 天平(量程≮200g, 分度值为0.001g和量程≮600g, 分度值为0.1g各一台)、 高温炉(使用温度900~950℃, 有恒温控制装置。1台)、 实验筛(0.15mm和0.60mm方孔筛各一个)、 坩埚(容量约30mL, 至少5个)、 研钵(钢质研钵、 玛瑙研钵各一个)、 低温箱(1台)、 水泥水化试样瓶(不与水泥反应, 密闭性好, 约15mL)、 磨口称量瓶、 温度计(分度值为0.1℃)、 放大镜、 时钟、 秒表、 干燥器、 容量瓶、 吸液管、 石蜡、 量杯、 量筒等。(以上仪器符合标准GB/T 12959- 3.3的要求)
5 实验前准备
5.1 实验条件: 环境温度20±1℃, 相对湿度不低于50%, 具备通风设备。实验期间恒温水槽内的水温应保持在20±0.1℃。
5.2 水泥试样经过0.9mm的方孔筛, 充分混合均匀。
5.3 实验前应将氧化锌(ZnO)放入坩埚内, 在900~950℃下灼烧1h, 取出置于干燥器中冷却后, 用玛瑙研钵研磨至全部经过0.15mm方孔筛, 储存备用。进行热容量标定前, 将上述制取的氧化锌约50g在900~950℃下灼烧5min, 然后再干燥器中冷却至室温。
5.4 配置氢氟酸(HF, 浓度40%或密度1.15~1.18g/cm3)和硝酸溶液(HNO3, 浓度为2.00±0.02mol/L)。配置时参照GB/T 12959- 标准3.2.4。
5.5 预备适量脱脂药棉, 实验时堵塞加料漏斗进料口防止热交换。
6 工作流程
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6.1 准备
1) 将仪器溢水软管通至下水道。
2) 将酸液搅拌棒的尾部100mm长度内涂蜡或其它抗氟氢酸材料, 要求均匀无遗漏。
3) 将贝克曼温度计尾部80mm长度内涂蜡或其它抗氟氢酸材料, 要求均匀无遗漏。再将贝克曼温度计在常温14.5℃时校”0”, 即: 当标准温度计指示14.5℃时, 将贝克曼温度计调至0±0.15℃。
4) 检查实验内筒、 摇臂、 酸液搅拌棒的安装是否正确。
5) 将水槽内加水至溢水管流水为止。
6) 接通电源, 检查上下两台电机及搅拌装置是否工作正常。
6.2 热量计热容量标定
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6.1
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6.2.1 贝克曼温度计、 保温瓶及塑料内衬、 搅拌棒等应编号配套使用, 使用贝克曼温度计实验前应用量热温度计检查其零点, 然后方可使用。
6.2.2 在标定热量计热容量前24h将保温瓶放入内筒中, 酸液搅拌器放入保温瓶内, 盖紧内筒盖, 再将内筒放入恒温水槽内。调整酸液搅拌器悬臂夹头至使对准内筒中心孔, 并将搅拌棒夹紧。在恒温水槽内加水使水面高出内筒盖(由溢流管控制高度)。打开水槽搅拌器(或循环水), 把水槽内的水温调到20±0.1℃, 然后关闭搅拌器备用。
6.2.3 实验前打开打开水槽搅拌器(或循环水), 观察恒温水槽温度使其保持20±0.1℃。从安放贝克曼温度计孔插入直颈加酸漏斗, 用500mL耐酸的塑料杯称取13.5±0.5℃的2.00±0.02mol/L硝酸溶液约410g, 量取8mL 40％氢氟酸加入耐酸塑料杯内, 再加入少量剩余的硝酸溶液, 使两种混合物总量达到425±0.1g。将其加入到保温瓶内, 然后取出加酸漏斗, 插入贝克曼温度计, 中途不得拔出温度计, 以免影响精度。
6.2.4 开动保温瓶中的酸液搅拌棒并开始计时, 连续搅拌20min后, 用放大镜在贝克曼温度计上读出酸液温度(需精确至0.001℃), 以后每隔5min读一次, 直至连续三次读数中温升差值≤0.002℃时为止。记录最后一次酸液温度, 此温度值即为初测读数θ0, 初测期结束。
6.2.5 初测期结束后, 立即将事先称量好的7±0.001g氧化锌经过加料漏斗徐徐地加入保温瓶酸液中( 酸液搅拌器继续搅拌) , 加料过程≯2min, 漏斗和毛刷上均不得残留试样。加料完毕盖上用药棉堵塞加料口。记录加入时的室温t和加入的氧化锌质量G0。
6.2.6 从读出初测读数θ0起分别测读20min、 40min、 60min、 80min、 90min、 120min时贝克曼温度计的读数。这一过程为溶解期。记下溶解期第一次和结束时的对应温度θa和θb, 以及它们距初测读数θ0所经过的时间a、 b。为保证实验精度, 热量计热容量对应的测读时间应分别与不同品种水泥所需要的溶解期测度时间对应, 不同品种水泥所需要的溶解期测度时间按下表规定:
表1各品种水泥测读温度的时间
水泥品种
距初测期温度的相隔时间, min
a
b
硅酸盐水泥
20
40
中热硅酸盐水泥
低热硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
40
60
低热矿渣硅酸盐水泥
火山灰硅酸盐水泥
60
90
粉煤灰硅酸盐水泥
80
120
6.2.7 热量计在各时间区间内的热容量按式(7-1)计算, 精确到0.1J/℃: 热量计热容量应标定两次, 以两次标定值的平均值作为标定结果。如两次标定值相差大于5J/℃时, 须重新标定。
6.2.8 在下列任一情况下, 热容量需重新标定:
a.重新调整贝克曼温度计时;
b.当温度计、 保温瓶、 搅拌器重新更换或涂覆耐酸涂料时;
c.当新配制的酸液与标定量热计热容量的酸液浓度变化超过0.02mol/L时;
d.对实验结果有疑问时。
6.3 未水化水泥溶解热的测定
6.3
6.3.1 按6.2.1~4进行准备工作和初测期实验, 并记录初测温度θ′0。
6.3.2 读出初测温度θ′0后, 立即将预先称好的四份3±0.001g未水化水泥试样中的一份在2min内经过加料漏斗徐徐加入热量计内, 漏斗、 称量瓶及毛刷上均不得残留试样。记录未水化水泥试样装入热量计时的室温T′。
6.3.3 然后按表1规定的各品种水泥测读温度的时间, 准时读记贝氏温度计读数θ′a和θ′b, 以及它们距初测读数θ′0所经过的时间a′、 b′。第二份试样重复第一份的操作。
6.3.4 另两份份试样置于900~950℃灼烧90min, 置于干燥器中冷却至室温, 快速称量, 以两份的平均值作为灼烧质量G1。如两份灼烧后质量差值>0.003g时, 需重新补做。
6.3.5 未水化水泥的溶解热按式(7-3)计算, 精确到0.1J/g。以前两次测定值的平均值作为测定结果。如果两次测定值相差>10.0J/g时, 需进行第三次实验。其结果与前两次中任一结果差值<10.0J/g时, 结果取三次平均值, 否则重做。
6.4 部分水化水泥溶解热的测定
在做6.3实验时, 制备部分水化水泥使用。按GB/T12959- 中3.5.3.1制备部分水化的水泥, 并养护至规定期龄。
6.4
6.4.1 按6.2.1~4进行准备工作和初测期实验, 并记录初测温度θ′′0。
6.4.2 从养护水中取出一份达到期龄的试样瓶, 取出水化水泥试样, 迅速用金属研钵叫试样捣碎并用玛瑙研钵研磨至全部经过0.60mm方孔筛, 混合均匀放入磨口称量瓶中, 并称取4.200±0.050g(精确至0.001g)试样四份, 存放于湿度>50%的密闭容器内, 在20min内进行实验。从捣碎至放入称量瓶中全部时间≯10min。
6.4.3 读出初测温度之后, 按6.3.2~4进行实验, 记下T′′, θ′′a、 θ′′b及它们距初测读数θ′′0所经过的时间a′′、 b′′和G2。
6.4.4 部分水化水泥的溶解热按(7-5)计算, 精确到0.1J/g。溶解热测定结果按6.3.4处理。水泥在某一期龄前放出的水化热按(7-7)计算。
6.5 实验结束
测定完毕, 停止酸液搅拌器, 断开电源。拔出贝克曼温度计, 拧松酸液搅拌器夹头, 松开锁紧装置, 推开摇臂, 提起内筒, 打开内桶盖, 取出耐酸塑料杯, 倒去废液。用清水将耐酸塑料杯, 酸液搅拌器、 贝克曼温度计冲洗干净, 并用纱布抹去水分, 检查涂蜡部分有无损伤。仪器重新安装供下次实验使用, 温度计妥善保管。若长期停用, 则放空水槽, 对仪器做防锈、 防尘处理
6.6 其它注意事项
1、 贝克曼温度计校”0”、 调制酸液温度、 测量室温和水槽温度时应使用同一支标准精度温度计(分度值为0.1℃)。
2、 建议酸液温度调至12.7~13℃中的某一值, 以后每次实验都以此值为准。
3、 贝克曼温度计”0”位后放在21℃以下的环境中, 可保持”0”位不变, 能省去下次校”0”的麻烦。温度计切勿倒置!
4、 实验过程中对时间的掌握必须精准, 特别是进入初测期后, 在读取”θ0、 θa、 θb”数据时, 要求”到时必读”。
5、 读取贝克曼温度计的指示值也须正确, 在放大镜中看到的刻度线不能弯曲, 必须为直线。且估读到0.001℃。
7 实验数据处理
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7.1 热量计热容量标定计算:
热量计热容量:
……………… (7-1)
……………… (7-2)
式中:
1072.0 ——氧化锌在30℃时的溶解热, J/g;
0.4 ——溶解热负温比热容, J/℃·g;
0.5 ——氧化锌比热容, J/℃·g;
ta——溶解期第一次测读数θa换算成普通温度计的度数, ℃;
R0 ——经校正的温度上升值, ℃; 计算结果保留至0.001℃。
7.2 未水化水泥水化热计算:
未水化水泥水化热:
……………… (7-3)
……………… (7-4)
式中:
t′a——溶解期第一次测读数θ′a换算成普通温度计的度数, ℃;
0.8——未水化水泥的比热容, J/℃·g。
R1——经校正的温度上升值, ℃; 计算结果保留至0.001℃;
7.3 部分水化水泥的水化热计算
水化至某一期龄后水泥的溶解热:
……………… (7-5)
……………… (7-6)
式中:
t′′a——溶解期第一次测读数θ′′a换算成普通温度计的度数, ℃;
1.7——水化水泥试样的比热容, J/℃·g;
1.3——温度校正比热容, J/℃·g。
R2——经校正的温度上升值, ℃; 计算结果保留至0.001℃;
7.4 水泥水化热结果计算
水泥在某一水化期龄放出的水化热:
……………… (7-7)
式中:
0.4 ——溶解热负温比热容, J/℃·g。

年 月 日
内筒号:
贝氏温度计编号:
室 温:
14.5℃时贝氏温度计指示值:
加入酸液温度:
时间段
实时
贝式温度计指示值
温升
差值

加入酸液

开始搅拌酸液

20min

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5

5

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加入氧化锌/水泥

20

40

60

80

90

120