水泥組分的定量測(cè)定方法

蔡淑嬌

江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001

隨著水泥行業(yè)大力的發(fā)展和水泥產(chǎn)量的增加，也造成了水泥用混合材的短缺，企業(yè)為了減少成本，無法保證混合材的質(zhì)量。雖然，水泥強(qiáng)度能達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，但是對(duì)水泥混凝土耐久性存在隱患。為了規(guī)范混合材的使用，提升我國水泥質(zhì)量、促進(jìn)水泥行業(yè)的綠色發(fā)展，國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)下達(dá)了GB175-2007 的修訂計(jì)劃，目前GB175 報(bào)批稿已完成，其中，對(duì)水泥組分進(jìn)行了細(xì)化和調(diào)整，針對(duì)組分檢測(cè)目前采用GB/T 12960-2019《水泥組分的定量測(cè)定》。

1 水泥組分測(cè)定的方法

GB/T 12960-2019 標(biāo)準(zhǔn)中，有兩種實(shí)驗(yàn)方法，方法一和方法二。

1.1 方法一：

（1）實(shí)驗(yàn)原理［1］

測(cè)定水泥中火山灰質(zhì)混合材料或粉煤灰組分和?；郀t礦渣組分時(shí)，都是采用選擇溶解法。當(dāng)使用硝酸溶液選擇溶解水泥試樣時(shí)，火山灰質(zhì)混合材料或粉煤灰組分基本上不溶解，而其他組分則基本上被溶解。當(dāng)使用pH 11.60 含有EDTA 的堿性溶液溶解水泥試樣時(shí)，熟料、石膏及碳酸鹽基本上被溶解，而其他組分則基本上不溶解。水泥中石灰石含量，由其分解后CO2含量而定，采用堿石棉吸收稱量法來測(cè)定CO2的含量。通過選擇溶解法測(cè)出的酸不溶渣和堿不溶渣的含量以及水泥中CO2和SO3的含量，計(jì)算水泥中各組分的含量。

（2）儀器設(shè)備

天平（精度為0.0001g）；烘箱；酸度計(jì)（精確至0.02）；抽濾裝置（玻璃砂芯漏斗或者玻璃砂芯坩堝）；水泥組分測(cè)定裝置（可恒溫20±2℃）；二氧化碳測(cè)定裝置（堿石棉吸收稱量法）;高溫爐（溫度范圍0～950℃）。

1.2 方法二：

（1）實(shí)驗(yàn)原理

?；郀t礦渣組分采用硫化物測(cè)定法。硫化物的測(cè)定采用GB/T 176-2017 中6.15 碘量法。測(cè)定水泥中石灰石組分，可以采用灼燒稱量法、紅外分析法和自動(dòng)光電滴定法測(cè)定CO2含量。灼燒稱量法采用950±25℃與580±20℃的燒失量之差來計(jì)算，將水泥試樣分別在580±20℃和950±25℃的高溫爐中灼燒并恒重，如果水泥試樣中含有某些成分在該溫度下分解或者發(fā)生其他反應(yīng)，將影響石灰石組分的測(cè)定結(jié)果，礦渣硅酸鹽水泥由于存在硫化物灼燒成為硫酸鹽造成重量增大，所以采用灼燒法測(cè)量CO2時(shí)，需要按GB/T176 中礦渣硅酸鹽水泥燒失量的測(cè)定方法進(jìn)行校正；紅外分析法，試樣于高頻感應(yīng)爐的氧氣流中加熱燃燒，生成的CO2由氧氣載至紅外線分器，CO2吸收某特定波長的紅外能，共吸收能與碳的含量成正比，根據(jù)檢測(cè)器接受到的能量值來測(cè)得CO2的含量。自動(dòng)光電滴定法采用磷酸分解試樣，碳酸鹽分解釋放出的CO2被乙醇-乙醇胺溶液吸收，以百里香酚酞為指示劑，用氫氧化鉀-乙醇標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液自動(dòng)跟蹤滴定。石膏組分的測(cè)定采用X 射線衍射分析法。

（2）儀器設(shè)備

相比較方法一，方法二需要增加X 射線衍射分析儀。

1.3 兩種方法對(duì)比

從實(shí)驗(yàn)過程，可以看出方法一，需要測(cè)試4 個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別為：酸不溶渣含量，堿不溶渣含量，CO2含量，SO3含量。通過上述4 個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可分別計(jì)算出水泥中火山灰質(zhì)混合材料或粉煤灰組分，水泥中?；郀t礦渣組分，水泥中石灰石組分和水泥中石膏組分。方法二需要測(cè)試5 個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別為：酸不溶渣含量，堿不溶渣含量，CO2含量，硫化物含量和石膏組分。通過上述5 個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可計(jì)算各組分含量。

兩種方法試驗(yàn)的工作量相差不大，都需要檢測(cè)酸不溶渣含量、堿不溶渣含量、CO2含量和硫化物含量（或者SO3含量），其中酸不溶渣含量和堿不溶渣含量都是使用相同儀器設(shè)備和方法進(jìn)行檢測(cè)（水泥組分測(cè)定儀），CO2含量的檢測(cè)方法一使用堿石棉吸收稱量法、方法二使用灼燒稱量法，兩種方法都是測(cè)量CO2的重量，方法一是用堿石棉吸收CO2測(cè)量堿石棉增重，從而計(jì)算出CO2的含量，方法二是利用石灰石的分解原理，普通石灰石900℃左右分解，但是在600℃石灰石就會(huì)開始緩慢的分解，因此試驗(yàn)利于580℃和950℃的質(zhì)量差，來計(jì)算CO2的含量。如果其他成分有同樣的分解溫度或者發(fā)生其他反應(yīng)，將影響石灰石組分的測(cè)定結(jié)果。水泥硫化物含量采用GB 176-2017中6.15 進(jìn)行檢測(cè)，方法二中獲取的堿不溶渣還要進(jìn)行硫化物含量測(cè)定，對(duì)比方法一只需要測(cè)量酸不溶渣含量和堿不溶渣含量就可以計(jì)算出水泥中?；郀t礦渣組分含量，方法二該項(xiàng)檢測(cè)更復(fù)雜，目前水泥企業(yè)對(duì)硫化物含量的檢測(cè)幾乎沒有開展，主要是檢測(cè)SO3含量。石膏組分測(cè)定方法一直接檢測(cè)水泥中的SO3含量進(jìn)行換算，方法二是利用石膏的結(jié)晶性能通過X-射線衍射分析法測(cè)得。

兩種方法的檢驗(yàn)原理有一定的區(qū)別，因此所采用的儀器設(shè)備也有所不同，從投入的角度看，方法一所需要的儀器設(shè)備投入更少，更加適合企業(yè)開展檢查工作。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12960-2019 中，試驗(yàn)的基本要求提到“如果同一組分列了多種測(cè)定方法，當(dāng)有爭(zhēng)議時(shí)以方法一為準(zhǔn)”。因此，推薦水泥企業(yè)采用方法一進(jìn)行水泥組分檢測(cè)。

2 水泥組分檢測(cè)注意事項(xiàng)

（1）恒量的玻璃砂芯漏斗在使用前一定要清洗并恒重。如有殘?jiān)墒褂脽岬柠}酸（1+5）清洗后，用蒸餾水清洗，在干燥箱中105±5℃下烘干至恒重。

（2）加入50ml 20±2℃硝酸（1+5）前，加入80ml 水?dāng)嚢韬銣貢r(shí)，加入試料一定要完全分散，防止試樣結(jié)塊，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（3）控制抽濾時(shí)間，不能超過20min，否則重新實(shí)驗(yàn)，因此要注意過濾速度，如玻璃砂芯漏斗未洗干凈，抽氣泵的抽力不夠，或者塞子與玻璃砂芯漏有縫隙漏氣都可能造成抽濾速度過慢。

（4）由于殘?jiān)馁|(zhì)量一般處于0.06-0.00g，質(zhì)量較輕稱量時(shí)一定要注意玻璃砂芯漏斗的冷卻時(shí)間和在天平上的放置位置。

（5）堿溶時(shí)，要注意溶液的pH 值，pH 值低于11.60±0.05，熟料、石膏等組分溶解不完全。

（6）選擇溶解時(shí)試驗(yàn)溶液溫度高于20±2℃，使不溶渣的溶解量偏大，造成結(jié)果偏低。反之則結(jié)果偏低。

3 水泥組分檢測(cè)的必要性

在新的GB175《普通硅酸鹽水泥》（報(bào)批稿）給出了各種水泥組分含量的限值要求，并在8.3 條款判斷規(guī)則中，提到水泥組分的測(cè)定要做出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)，同時(shí)檢驗(yàn)不合格為不合格品。從企業(yè)的角度，水泥組分的測(cè)定是必要且一定要開展的。首先，水泥組分測(cè)定可以是企業(yè)的生產(chǎn)控制行為，通過組分的測(cè)定來調(diào)節(jié)混合材料的品種和質(zhì)量、混合材料之間的搭配以及摻加量等控制參數(shù)。其次，組分測(cè)定是質(zhì)量保證和證明行為，根據(jù)《中華人民共和國產(chǎn)品質(zhì)量法》的規(guī)定，產(chǎn)品或者其包裝上的標(biāo)識(shí)必須真實(shí)，并有產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)合格證明。水泥組分測(cè)定可以證明水泥企業(yè)是否保證了產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)品質(zhì)量是否符合所采用的標(biāo)準(zhǔn)［2］。最后，水泥組分的測(cè)定也有利于混凝土強(qiáng)度和耐久性［3］，由于水泥企業(yè)為了控制成本會(huì)出現(xiàn)混合材不合格和超標(biāo)現(xiàn)象。在攪拌站未知情的情況下，繼續(xù)摻入20%～30%的磨細(xì)摻合料，將會(huì)因混合材的疊加效應(yīng)而導(dǎo)致混凝土工程質(zhì)量低劣，造成混凝土的耐久性隱患［3］。因此對(duì)水泥組分定量測(cè)定是十分必要的。