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產品知識

直接法測定水泥水化熱的實驗步驟

時間:2022-01-18 09:33 點擊:

  水泥遇水后發生一系列物理化學反應時放出的熱量稱為水化熱,以J/g表示。水泥的水化熱和放熱速度直接關系到混凝土工程的質量。在大體積混凝土結構中甚至能產生幾十度的溫差,巨大的溫度應力會導致混凝土開裂,加大了混凝土被腐蝕的速率。水化熱測試對水泥的生產、使用及理論研究都非常重要。水泥水化熱測試分為直接法(代用法)、間接法(基準法)兩種。

      直接法測定水泥水化熱:

  試驗前應將廣口保溫瓶(g)、軟木塞(g1)、銅套管(g2)、截錐形圓筒(g3)和蓋(g4)、襯筒(g5)及軟木塞封蠟(g6)分別稱量記錄。熱量計各部件除襯筒外,應編號成套使用。

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  熱量計的熱容量,按下式計算,計算結果保留至0.01:

  式中:

  C—不裝水泥膠砂時熱量計的熱容量,單位為焦耳每攝氏度(J/℃);

  g—保溫瓶質量,單位為克(g);

  g1—軟木塞質量,單位為克(g);

  g2——銅套管質量,單位為克(g);

  g3—塑料截錐筒質量,單位為克(g);

  g4—塑料截錐筒蓋質量,單位為克(g);

  g5—襯筒質量,單位為克(g);

  g6—軟木塞底面的蠟質量,單位為克(g);

  v—溫度計伸人熱量計的體積,單位為立方厘米(cm3)。

  式中各系數分別為所用材料的比熱容,單位為焦耳每克攝氏度[J/(g.℃)]。

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  測定前24 h開起恒溫水槽,使水溫恒定在(20士0.1)℃范圍內。試驗前熱量計各部件和試驗用品在試驗室(20±2℃)溫度下恒溫24h,首先在截錐形圓筒內放人塑料襯筒和銅套管,然后蓋上中心有孔的蓋子,移人保溫瓶中。

  用漏斗向圓筒內注入溫水,準確記錄用水質量(W)和加水時間(精確到(min),然后用配套的插有溫度計的軟木塞蓋緊。

  在保溫瓶與軟木塞之間用膠泥或蠟密封防止滲水,然后將熱量計垂直固定于恒溫水槽內進行試驗。

  恒溫水槽內的水溫應始終保持(20士0.1)℃,從加水開始到6h讀取第一次溫度T1(一般為34℃左右),到44 h讀取第二次溫度(一般21.5℃以上)。

  試驗結束后立即拆開熱量計,再稱量熱量計內所有水的質量,應略少于加入水質量,如等于或多于加入水質量,說明試驗漏水,應重新測定。

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  熱量計散熱常數K按下式計算,計算結果保留至0.01J/(h·℃):

  式中:

  K—散熱常數,單位為焦耳每小時攝氏度[J/(h·℃)];

  W—加水質量,單位為克(g);

  C—熱量計的熱容量,單位為焦耳每攝氏度(J/℃);

  T1—試驗開始后6h,讀取熱量計的溫度,單位為攝氏度(℃);

  T2—試驗開始后44 h讀取熱量計的溫度,單位為攝氏度(℃);

  △t—讀數T1至T2所經過的時間,38h。

 ?、菟嗨療釡y定操作

  試驗前熱量計各部件和試驗材料預先在(20士2)℃溫度下恒溫24 h,截錐形圓筒內放人塑料襯筒。

  按照GB/T 1346-2001方法測出每個樣品的標準稠度用水量,并記錄。

  試驗膠砂配比:每個樣品稱標準砂1350 g,水泥450 g,加水量按下式計算,計算結果保留至1 mL。

  式中:

  M一試驗用水量,單位為毫升(mL);

  P—標準稠度用水量,%;

  5%—加水系數。

  把稱好的標準砂和水泥加人到攪拌鍋中,慢速攪拌30 s后加人水量,并開始計時,慢速攪拌60 s,然后再快速攪拌60 s。加水時間在20 s內完成。

  攪拌完畢后稱取2份質量為(800士1)g的膠砂,分別裝人2個截錐形圓筒內,蓋上蓋子,在圓筒內膠砂中心部位用搗棒搗一個洞,分別移入到對應保溫瓶中,放人套管,蓋好帶有溫度計的軟木塞,用膠泥或蠟密封,以防漏水。

  從加水時間算起第7 min讀第一次溫度,即初始溫度T0。

  然后移人恒溫水槽中,根據溫度變化情況確定讀取溫度時間,一般在溫度上升階段每隔1h讀一次,下降階段每隔2h、4h、8h、12h讀一次。

  從開始記錄第一次溫度時算起到168 h時記錄最后一次溫度,末溫T168,試驗測定結束。

  全部試驗過程熱量計應整體浸在水中,養護水面至少高于熱量計上表面10 mm。

  實驗結束后取出套管,觀察套管、保溫瓶中是否有水,如有水此瓶試驗作廢。

  試驗結果計算

  A.曲線面積的計算

  根據所記錄時間與水泥膠砂的對應溫度,以時間為橫坐標(1 cm→5 h),溫度為縱坐標(1 cm→l℃)在坐標紙上作圖,并畫出20℃水槽溫度恒溫線。恒溫線與膠砂溫度曲線間的總面積(恒溫線以上的面積為正面積,恒溫線以下的面積為負面積∑F0~x(h·℃)可按下列計算方法求得:

  a.用求積儀求:

  把恒溫線與膠砂溫度曲線間的面積按幾何形狀劃分為若干個小三角形,拋物線,梯形面積等,分別計算、相加。

  b.近似矩形法

  如圖2.所示,以每5 h(1 cm)作為一個計算單位作為矩形的寬度,矩形的長度(溫度值)是通過面積補償確定。在圖2補償的面積中間選一點,這一點如能使一個計算單位內陰影面積與曲線外的空白面積相等,那么這一點的高度便可作為矩形的長度,然后與寬度相乘即得矩形的面積并相加。

  c.用電子儀器自動記錄和計算。

  B.試驗用水泥質量(G)按下式計算,計算結果保留至1 g:

  式中:

  G—試驗用水泥質量,單位為克(g);

  P—水泥凈漿標準稠度,%;

  800—試驗用水泥膠砂總質量,單位為克(g);

  5%—加水系數。

  C.試驗中用水量(M1)按下式計算,計算結果保留至1 mL:

  式中:

  M1—試驗中用水量,單位為毫升(mL);

  P—水泥凈漿標準稠度,%。

  D.總熱容量的計算Cp

  根據水量及熱量計的熱容量C,按下式計算,計算結果保留至0.01J/℃:

  式中:

  Cp—裝人水泥膠砂后的熱量計的總熱容量,單位為焦耳每攝氏度(J/℃);

  M1—試驗中用水量,單位為毫升(mL);

  C—熱量計的熱容量,單位為焦耳每攝氏度(J/℃)。

  E.總熱量的計算Qx

  在某個水化齡期時,水泥水化放出的總熱量為熱量計中蓄積和散失到環境中熱量的總和。Qx按下式計算,計算結果保留至0.1。

  式中:

  Qx—某個齡期時水泥水化放出的總熱量,單位為焦耳(J);

  Cp—裝水泥膠砂后熱量計的總熱容量單位為焦耳每攝氏度(J/C);

  tx—齡期為X小時的水泥膠砂溫度,單位為攝氏度(℃);

  t0—水泥膠砂的初始溫度,單位為攝氏度(℃);

  K—熱量計的散熱常數,單位為焦耳每小時攝氏度[J/(h℃)];

  ∑F0~x—在0~X小時水槽溫度恒溫線與膠砂溫度曲線間的面積,單位為小時攝氏度(h·℃)。

  F.水泥水化熱的計算:

  在水化齡期X小時水泥的水化熱qx,按下式計算,計算結果保留至1:

  式中:

  qx—水泥某一齡期的水化熱,單位為焦耳每克(J/g);

  Qx—水泥某一齡期放出的總熱量,單位為焦耳(J);

  G—試驗用水泥質量,單位為克(g)。

  每個水泥樣品水化熱試驗用兩套熱量計平行試驗,兩次試驗結果相差小于12 J/g時,取平均值作為此水泥樣品的水化熱結果;兩次試驗結果相差大于12 J/g時,應重做試驗。


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