海拔及纬度对勃氏法测定比表面积的影响

张立勃

中铁隧道集团工程试验中心（471009）

海拔及纬度对勃氏法测定比表面积的影响

张立勃

中铁隧道集团工程试验中心（471009）

从我国的地理特点出发，通过计算在不同海拔和纬度下蒸馏水的重力变化，来推测用勃氏法测定比表面积在我国的适用性。

纬度；海拔；重力；勃氏法；适用性

1 勃氏法在测定比表面积上的应用

水泥是基础建设必须的原材料，水泥的比表面积反映了水泥颗粒的粗细程度，是控制水泥质量的重要参数。依据GB 175-2007，水泥的比表面积由GB/T 8074勃氏法测得。该法的测定原理，是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。

2 影响测定的因素

杨家敏指出，水泥的比表面积测定值受密度和空隙率影响较大，随试样密度的变大而增大，随试样空隙率的变大而减少。准确测定水泥的密度和孔隙率是保证比表面积数值准确的关键[1]。唐越通过试验研究，总结出料层体积、基准液、制备水泥层、穿孔板的正反面是影响比表面积测定准确性的重要因素[2]。徐芬莲、陈景、代瑞平、杨文认为，勃氏法透气仪种类的差异、水位线的高低、操作过程与手法、试验的环境、试样结果的处理方式等都影响到勃氏法的测定结果。建议相关部门对操作者进行专业、统一的培训，提高其业务操作水平，以提高试验结果准确度[3]。宋立力建议明确配合分析天平使用的高精度量具，确保称量结果的精确；增加水泥试样与标准粉密度不同但空隙率相同时的计算公式和方法[4]。魏厚刚指出，温湿度对液面降落时间影响显著，且是产生误差的主要原因[5]。林建荣、孟令友认为，空气中湿度越大，测试时间越长，比表面积越大；反之，湿度下降则气流通过粉料层时阻力减小，所用测试时间越短，比表面积越小[6]。

以上研究大多是基于试验操作差异和引起试料层孔隙变化因素的基础上进行的,而我国幅员辽阔，区域纬度及海拔差异明显，比表面积的测定是否会受地理位置的影响,目前还鲜有该方向的研究。笔者从我国的地理特点出发，分析在不同海拔和纬度下，用勃式法测定比表面积时可能存在的数值变化。

表1 各纬度海平面重力加速度

3 地理位置可能造成的影响分析

从勃式法的试验原理看，U形管中蒸馏水的液面高度差产生了空气通过试料层的驱动力，而该驱动力的本质是蒸馏水的重力。我们知道，受海拔及纬度的影响,重力加速度在地球上的分布是不同的，因此，当在不同地理位置对同一样品进行比表面积测定时,蒸馏水的重力变化幅度是否影响测试结果。

3.1 海拔对蒸馏水重力的影响幅度

根据万有引力公式:

可以得出重力加速度与星体半径的关系式：

式中:F表示重力；G为引力常量；M为星球质量；m为物体质量；R为星球半径；g为重力加速度。

由该式（2）可知，重力加速度随着海拔高度的增大而减小，不同地点海拔的变化幅度，决定了重力的变化幅度。

地球半径约为6 350 km，我国的青藏高原平均海拔约为4 000 m，广东沿海的海拔约为100 m，青藏高原和广东沿海的海拔差约为3.9 km，据此计算在青藏高原和广东沿海的海拔差对试验用蒸馏水重力的影响:

由（3）可知，从青藏高原移至广东沿海时，蒸馏水的重力变化约为0.121%，因该变化很小，故用勃氏法测定比表面积时，蒸馏水对空气的驱动力变化也很小，故海拔因素对该项测定的影响可以忽略不计。

3.2 纬度对蒸馏水重力的影响幅度

把地球当作旋转椭球,根据1979年的正常重力公式，在海平面上重力加速度g随纬度δ变化的关系为:

由式（4）可以推导出表1中的数据。

由表1中的数据，得到:

由（5）可知，从我国较南端的海口市移至偏北端的呼伦贝尔时，蒸馏水的重力加速度的变化约为0.249%，由此可知重力的变化幅度很小，故用勃氏法测定比表面积时，蒸馏水对空气的驱动力变化也很小，纬度因素对该项测定的影响可以忽略不计。

4 结论

1）选取了我国境内有代表性的地点，经相关计算可知，海拔和纬度的变化，对勃氏法测定比表面积造成影响很小，可以忽略不计，因此从该角度看，用勃氏法来测定比表面积在我国区域内是适用的。

2）存在问题：当海拔和纬度变化时，空气密度将发生变化，如海拔高度每升高1 000 m，空气密度降低约10%。笔者认为，尚无法定量计算该变化能否对勃式法的测定产生影响，因此抛砖引玉，供大家研究讨论。

[1]杨家敏.勃氏法测水泥比表面积之影响因素分析[J].建筑界，2013,12:76～77.

[2]唐越.影响比表面积(勃氏法)测定结果的几个重要因素[J].昆明冶金高等专科学校学报.2006,01:16～18.

[3]徐芬莲,陈景,代瑞平,杨文.关于勃氏法测定试样比表面积的若干问题[J].商品混凝土,2010,07:66～68.

[4]宋立力.关于水泥密度测定、水泥比表面积测定方法几个问题的探讨[J].中国建材科技,2010,02:6～8.

[5]魏厚刚.关于对水泥密度、水泥比表面积两个测定方法标准的意见[J].中国建材科技,2006,01:41～42.

[6]林建荣,孟令友.实验室湿度对水泥比表面积检测结果的影响[J].新世纪水泥导报,2012,06:75～77.