關(guān)于提高水泥比表面積檢測準確性的技巧分析

戴瑞華

在建設(shè)工程所使用的混凝土中，水泥作為最重要的原材料，其質(zhì)量好壞，直接影響到建設(shè)工程的質(zhì)量。在嚴格控制水泥質(zhì)量過程中，水泥物理性能的檢測，是一項重要的工作。比表面積是硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥細度的衡量指標。硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥又都是高品質(zhì)水泥，因此，檢測人員應(yīng)該盡可能地提高水泥比表面積檢測的準確度。

在比表面積測定過程中，有很多因素都會影響到最終檢測結(jié)果的準確性。下面，根據(jù)相關(guān)檢測原理、個人的工作經(jīng)驗，總結(jié)分析水泥密度、比表面積檢測結(jié)果準確性的各種影響因素，以及提高準確性的技巧。

一、檢測依據(jù)

密度測定按照《水泥密度測定方法》（GB/T208-2008）（以 下 簡 稱GB/T208）進行。

比表面積測定按照《水泥比表面積測定方法（勃氏法）》（GB/T8074-2014）(以下簡稱GB/T8074)進行。

二、檢測原理

主要根據(jù)一定量的空氣，通過具有一定空隙率和固定厚度的水泥層時,所受阻力不同而引起流速的變化來測定水泥的比表面積。在一定空隙率的水泥層中,空隙的大小和數(shù)量是顆粒尺寸的函數(shù),同時，也決定了通過試料層的氣流速度。

三、試驗設(shè)備及環(huán)境條件

主要儀器：勃氏比表面積透氣儀,分為手動和自動兩種,均應(yīng)符合《JC/T956勃氏透氣儀》中規(guī)定的要求。

實驗室條件：相對溫度不大于50%。

四、影響因素及提高技巧

根據(jù)GB/T8074中所列示的檢測原理、操作步驟以及各項計算公式分析，依據(jù)操作步驟從后向前倒推回來,可以知道影響最終結(jié)果的因素有：通過時間T，標準樣品的各項參數(shù)值，稱取試樣量（質(zhì)量）m，試料層的體積V，樣品的密度ρ，透氣儀的氣密性，測定時的環(huán)境，樣品的代表性，操作人員的操作手法熟練程度，等等。

1、樣品的代表性

所取水泥樣品是否具有代表性，直接影響到檢測結(jié)果的可用性，尤其是外部取樣送來的樣品，如果不是真實地反映所要代表的批號，即使測定結(jié)果再準確，也都沒有實際的意義。為此，第一，要嚴格按照規(guī)范的取樣方法進行取樣;第二，外部送來的試樣，要建立完善的管理制度，保證樣品的代表性、有效性；第三，樣品經(jīng)過放置24小時，拌勻處理后，要先通過0.9mm方孔篩，再在110℃±5℃下烘干一小時，并在干燥器中冷卻至室溫后，再稱樣進行測定。

2、圓筒試料層體積的精準度

測定比表面積時，所需稱取試樣量按下列公式計算：m=ρV（1-ε）。

式 中 ：ρ—試 樣 密 度 ;V—按JC/T956測定的試料層體積;ε—試料層空隙率。

在已知試樣的密度和空隙率情況下，首先需要根據(jù)試料層的體積，計算出需要稱取標準樣品和試驗樣品的質(zhì)量，才能測定比表面積。那么，試料層的體積是否測量準確，直接影響到所需稱取試樣量的計算結(jié)果。如果體積測定結(jié)果偏高，所稱取試樣量偏多，圓筒中試料層會更加緊密，進一步導(dǎo)致測定時氣體通過的時間偏長，最終測定出來的比表面積也就偏高。反之，則偏低。

為了提高測量圓筒試料層體積的精準度，同一實驗室應(yīng)該由兩名成熟的檢測員進行對比測量，每人測量兩次，同一檢測員的兩次測定結(jié)果、或者兩名檢測員的測定平均值誤差均不得超過0.005cm3,最后取兩人測定平均值的平均值作為圓筒試料層體積的最終測定值。

考慮到水銀對人身安全的影響，以及檢測員能力水平有限，沒有條件的實驗室，建議直接委托當(dāng)?shù)刭|(zhì)量檢測部門進行圓筒試料層體積的標定。

另外，依據(jù)JC/T956-2014規(guī)定，體積的標定工作應(yīng)該每半年進行一次。

3、標準樣品參數(shù)的有效性

對于手動測定儀，我們需要將標準樣品作為對比樣品，除了已經(jīng)告知的比表面積S、密度ρ、空隙率ε之外,我們還需要在試驗所用的透氣儀上測定它的液面降落時間T，以便最后根據(jù)GB／T8074中的公式（6）計算檢測樣品的比表面積。而對于自動測定儀，我們需要按照儀器使用說明書把水泥標準粉的密度、比表面積、空隙率設(shè)置在勃氏儀中，按照步驟測量K值。此K值，是測定水泥樣品時的重要參數(shù)，它的準確與否，最終將直接影響到比表面積的測定結(jié)果。因此，我們需要保證水泥標準粉的有效性。

第一，應(yīng)當(dāng)使用符合GSB14-1511的水泥標準粉，并確保其仍處在有效期內(nèi)。

第二，為防止因為標準粉保存不當(dāng)受潮而影響K值測定的準確性，標準樣品應(yīng)當(dāng)保存在干燥器中，每次使用前，都應(yīng)當(dāng)稱取適量的標準粉，置于烘干箱在110℃+-5℃烘干1小時，然后取出放到干燥器中冷卻至室溫，然后倒入100ml干凈、干燥的密閉瓶內(nèi)，用力搖動2分鐘，使結(jié)塊成團的試樣振碎，使試樣松散，靜置2分鐘后，打開瓶蓋，用小勺輕輕攪拌，使得在松散過程中落在表面的細粉可以均勻分布到整個試樣中。然后，再稱取適量的標準粉，進行K值測定。

第三，每次更換標準粉時，都要重新設(shè)定各項參數(shù)，并重新測定K值。

4、透氣儀的氣密性

根據(jù)比表面積測定的方法原理，在測定過程中，透氣儀的氣密性好壞是會直接影響到透氣試驗時所測得的液面降落時間T（如果存在漏氣現(xiàn)象，會導(dǎo)致測量所得的液面降落時間T偏低）,從而影響最終計算比表面積的結(jié)果。所以，無論是手動透氣儀還是自動透氣儀，不管是進行什么項目的測定（水泥標準樣品或者試樣樣品，測定樣品的液面降落時間T或是自動透氣儀上測量常數(shù)K值）,都應(yīng)該形成每次使用透氣儀之前進行漏氣檢查的良好習(xí)慣,這樣才能保證各項參數(shù)、數(shù)值具有可比性。

漏氣檢查方法：將透氣圓筒上口用橡皮塞塞緊，接到壓力計上，用抽氣裝置從壓力計一臂中抽出部分氣體，然后關(guān)閉閥門，觀察是否漏氣（液面是否下降）。如發(fā)現(xiàn)漏氣，可用活塞油脂加以密封。

需要注意的是，漏氣部位主要有兩個，一個是氣閥門，一個是透氣圓筒下錐與頂端錐形磨口的接口處。對于后者，應(yīng)當(dāng)把裝有試料層的透氣圓筒下錐面涂一薄層活塞油脂，然后把它插入壓力計頂端錐型磨口處，旋轉(zhuǎn)1～2圈，要保證接口處緊密連接不漏氣。

5、密度測定結(jié)果的準確性

根據(jù)GB／T8074的規(guī)定，測定樣品的比表面積時，要根據(jù)公式m=ρV（1-ε）計算所需稱取的試樣量,另外，根據(jù)GB／T8074中的比表面積計算公式（6）（公式略），可以看到，水泥樣品的密度ρ不僅影響了稱取試樣量的大小，還會影響到比表面積的計算結(jié)果。密度ρ的準確性，對最終比表面積測定結(jié)果的影響是雙重疊加的。

對于檢測樣品和標準樣品，它們各自的密度和空隙率一般都不相同，假定試驗時的溫度和核準溫度之差小于3℃，則比表面積的計算公式應(yīng)當(dāng)采用GB／T8074中的公式（6）。由于標準樣品的比表面積S、密度ρ、空隙率ε都是已知的，另外試驗樣品的空隙率ε也是已知的，甚至在同一透氣儀、同一條件下實驗所得的液面下降時間T也可以看作是已知的，那么，我們可以公式（6）中上述已知項用常數(shù)來代替，然后用導(dǎo)數(shù)理論對這一公式進行求導(dǎo)，可以得到密度的誤差與比表面積誤差的函數(shù)關(guān)系：ΔS/S=C*（Δρ/ρ）——公式⑵,其中，K為密度對比表面積的影響常數(shù)，C=1.5*（1/ε-1），當(dāng)檢測樣品的空隙率為0.500時，C值為1.5；空隙率為0.530時，C值為1.33?？梢?，如果水泥密度測定的準確度不高，和密度的實際值誤差過大，那么，對比表面積測定結(jié)果的影響，將會是直接的、正向線性的關(guān)系，并且是斜率大于1的正向線性影響。我們?nèi)藶榈貙⑺鄻藴蕵悠返拿芏然鶞手蛋匆欢ㄕ`差率進行計算，并按此密度（實驗采用密度）計算稱取的試樣量，進行比表面積測定，得到的結(jié)果如表1。從表格中可以看到，“比表面積誤差/密度誤差”基本符合上述的K值（空隙率為0.500時，K值為 1.5）。

表1. 密度誤差對比表面積測定結(jié)果的影響

GB/T8074標準中要求比表面積的兩次測定結(jié)果相對偏差小于2%，如果檢測樣品的空隙率ε采用0.5,根據(jù)以上公式（2）可以得知，我們密度測定的兩次偏差（Δρ/ρ）不能大于1.50%（Δρ/ρ=（ΔS/S）/K）。

因此，提高密度測定結(jié)果的準確性，是提高比表面積測定結(jié)果準確性的重要工作。

需要注意的是，根據(jù)GB/T208的規(guī)定，測定水泥密度時，要求兩次測定結(jié)果的偏差要小于0.02g/cm3。但是，我們僅僅要求同一個人測定水泥密度時兩次結(jié)果之差小于0.02g/cm3，這是遠遠不夠的。因為，我們知道，由于個人操作的不規(guī)范或者習(xí)慣性，可能會出現(xiàn)“兩次測定結(jié)果之差小于0.02,但測定值（平均值）和實際值誤差很大”的極端情況，這時候，密度測定值的準確性是很差的，也是失真的。如果用這個失真的密度值來進行后來的比表面積測定，最終測定的比表面積結(jié)果和實際值之誤差肯定也會很大。

為了避免出現(xiàn)這種極端情況，我們需要定期用水泥標準樣品來檢測自己測定密度的操作是否達標(要求自己兩次測定結(jié)果和標準樣品基準值的偏差均小于0.02g/cm3)。要提高自己測定密度準確度，在操作過程中應(yīng)該注意以下細節(jié)：⑴水泥樣品要預(yù)先篩除大于0.9mm的顆粒，烘干1小時并在干燥器中冷卻至室溫后，再稱取試樣。⑵水泥樣品和無水煤油的溫度，最好和室溫保持一致。⑶在記下第一次讀數(shù)V1后，務(wù)必要用濾紙把液面以上瓶頸部分仔細擦干凈（否則，導(dǎo)致結(jié)果偏低）。⑷把水泥樣品裝入李氏瓶過程中，要謹慎操作以免樣品灑落到瓶外，同時裝入速度不宜太慢，以免造成無水煤油在此過程中有所揮發(fā)（這兩者都會導(dǎo)致第二次讀數(shù)偏低，從而使得密度測定值偏高）。⑸把試樣全部裝入瓶中后，要小心傾斜瓶身，用瓶內(nèi)無水煤油把粘附在瓶頸上的樣品全部浸落入液體中（否則會導(dǎo)致第二次讀數(shù)偏低，密度測定值結(jié)果偏高）。⑹要搖動充分或者超聲波振動，排除氣泡（否則會導(dǎo)致第二次讀數(shù)偏高，密度測定值偏低)。⑺再次把李氏瓶放入恒溫水槽之前，要蓋上瓶塞，并確保緊密，防止煤油揮發(fā)導(dǎo)致結(jié)果偏高（可以在瓶塞接口處涂抹薄層活塞油脂）。⑻兩次讀數(shù)時，要確保恒溫水槽的溫度差不大于0.2℃。⑼在往李氏瓶中裝入試樣過程中，要減少室內(nèi)空氣流動，以免造成無水煤油揮發(fā)導(dǎo)致結(jié)果偏高（可以暫時關(guān)閉空調(diào)等送風(fēng)功能）。

表2.相對濕度對比表面積測定結(jié)果的影響

6、實驗室的濕度是否達標

在水泥比表面積測定中,其結(jié)果準確性受諸多因素的影響,除儀器設(shè)備和檢驗人員操作手法等因素外,環(huán)境條件也很重要,相對濕度就是其中之一。根據(jù)GB/T8074的規(guī)定，實驗室的相對溫度不得大于50%。這是因為濕度過大，會直接影響到氣流的通過。實踐證明,空氣中濕度越大,液面降落時間就越長,比表面積偏大;反之,比表面積偏小。當(dāng)檢驗室濕度大于50%時,則檢驗結(jié)果會超出同室允許的誤差范圍。

表2是用三個水泥比表面積標準樣品，分別在不同相對濕度環(huán)境下，所測定的比表面積對比表。

結(jié)果顯示，在相對溫度低于50%時，測定結(jié)果均符合GB/T8074的誤差要求（不大于2%),而當(dāng)相對濕度僅僅提高到了52%,誤差就明顯超過標準了。濕度達到55%時，誤差更大。因此，進行比表面積測定時，嚴格控制實驗室的濕度不能超過50%,是至關(guān)重要的。

7、檢測人員操作的規(guī)范性、正確性

比表面積的測定工作，由于涉及到密度和比表面積兩個項目的連續(xù)檢測，檢測步驟較多，其中任何一個或多個步驟的操作不當(dāng)，都會對最終結(jié)果產(chǎn)生連鎖的影響。特別是在“試料層制備”這一步驟中，更要嚴格按照規(guī)范來操作,以免因為操作不當(dāng)造成結(jié)果偏差過大。因此，檢測人員要嚴格按照規(guī)范的操作流程、注意事項來進行操作，同時，在細節(jié)上要小心謹慎，熟練進行各步驟流程。

檢測人員要定期用標準樣品來核對自己檢測的準確度，保證自己的測定值和標準樣品的基準值之間誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)（不大于2%，力求不超過1%）,如果誤差超過規(guī)定范圍，要及時找出原因、糾正自己的錯誤操作,直到把誤差控制在要求以內(nèi)為止。

結(jié)論

綜上分析，我們認為：在水泥比表面積檢測中，樣品的代表性、圓筒試料層體積的精準度、標準樣品參數(shù)的有效性、透氣儀的氣密性、密度測定結(jié)果的準確性、實驗室的濕度是否達標、檢測人員操作的規(guī)范性、正確性,都對檢測結(jié)果的準確性有很大的影響，尤其是密度和相關(guān)濕度影響更加明顯。檢測人員要注意以上影響因素、規(guī)范操作，就可以有效提高檢測結(jié)果的準確性。