关于提高水泥比表面积检测准确性的技巧分析

戴瑞华

在建设工程所使用的混凝土中，水泥作为最重要的原材料，其质量好坏，直接影响到建设工程的质量。在严格控制水泥质量过程中，水泥物理性能的检测，是一项重要的工作。比表面积是硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥细度的衡量指标。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥又都是高品质水泥，因此，检测人员应该尽可能地提高水泥比表面积检测的准确度。

在比表面积测定过程中，有很多因素都会影响到最终检测结果的准确性。下面，根据相关检测原理、个人的工作经验，总结分析水泥密度、比表面积检测结果准确性的各种影响因素，以及提高准确性的技巧。

一、检测依据

密度测定按照《水泥密度测定方法》（GB/T208-2008）（以 下 简 称GB/T208）进行。

比表面积测定按照《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》（GB/T8074-2014）(以下简称GB/T8074)进行。

二、检测原理

主要根据一定量的空气，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,空隙的大小和数量是颗粒尺寸的函数,同时，也决定了通过试料层的气流速度。

三、试验设备及环境条件

主要仪器：勃氏比表面积透气仪,分为手动和自动两种,均应符合《JC/T956勃氏透气仪》中规定的要求。

实验室条件：相对温度不大于50%。

四、影响因素及提高技巧

根据GB/T8074中所列示的检测原理、操作步骤以及各项计算公式分析，依据操作步骤从后向前倒推回来,可以知道影响最终结果的因素有：通过时间T，标准样品的各项参数值，称取试样量（质量）m，试料层的体积V，样品的密度ρ，透气仪的气密性，测定时的环境，样品的代表性，操作人员的操作手法熟练程度，等等。

1、样品的代表性

所取水泥样品是否具有代表性，直接影响到检测结果的可用性，尤其是外部取样送来的样品，如果不是真实地反映所要代表的批号，即使测定结果再准确，也都没有实际的意义。为此，第一，要严格按照规范的取样方法进行取样;第二，外部送来的试样，要建立完善的管理制度，保证样品的代表性、有效性；第三，样品经过放置24小时，拌匀处理后，要先通过0.9mm方孔筛，再在110℃±5℃下烘干一小时，并在干燥器中冷却至室温后，再称样进行测定。

2、圆筒试料层体积的精准度

测定比表面积时，所需称取试样量按下列公式计算：m=ρV（1-ε）。

式 中 ：ρ—试 样 密 度 ;V—按JC/T956测定的试料层体积;ε—试料层空隙率。

在已知试样的密度和空隙率情况下，首先需要根据试料层的体积，计算出需要称取标准样品和试验样品的质量，才能测定比表面积。那么，试料层的体积是否测量准确，直接影响到所需称取试样量的计算结果。如果体积测定结果偏高，所称取试样量偏多，圆筒中试料层会更加紧密，进一步导致测定时气体通过的时间偏长，最终测定出来的比表面积也就偏高。反之，则偏低。

为了提高测量圆筒试料层体积的精准度，同一实验室应该由两名成熟的检测员进行对比测量，每人测量两次，同一检测员的两次测定结果、或者两名检测员的测定平均值误差均不得超过0.005cm3,最后取两人测定平均值的平均值作为圆筒试料层体积的最终测定值。

考虑到水银对人身安全的影响，以及检测员能力水平有限，没有条件的实验室，建议直接委托当地质量检测部门进行圆筒试料层体积的标定。

另外，依据JC/T956-2014规定，体积的标定工作应该每半年进行一次。

3、标准样品参数的有效性

对于手动测定仪，我们需要将标准样品作为对比样品，除了已经告知的比表面积S、密度ρ、空隙率ε之外,我们还需要在试验所用的透气仪上测定它的液面降落时间T，以便最后根据GB／T8074中的公式（6）计算检测样品的比表面积。而对于自动测定仪，我们需要按照仪器使用说明书把水泥标准粉的密度、比表面积、空隙率设置在勃氏仪中，按照步骤测量K值。此K值，是测定水泥样品时的重要参数，它的准确与否，最终将直接影响到比表面积的测定结果。因此，我们需要保证水泥标准粉的有效性。

第一，应当使用符合GSB14-1511的水泥标准粉，并确保其仍处在有效期内。

第二，为防止因为标准粉保存不当受潮而影响K值测定的准确性，标准样品应当保存在干燥器中，每次使用前，都应当称取适量的标准粉，置于烘干箱在110℃+-5℃烘干1小时，然后取出放到干燥器中冷却至室温，然后倒入100ml干净、干燥的密闭瓶内，用力摇动2分钟，使结块成团的试样振碎，使试样松散，静置2分钟后，打开瓶盖，用小勺轻轻搅拌，使得在松散过程中落在表面的细粉可以均匀分布到整个试样中。然后，再称取适量的标准粉，进行K值测定。

第三，每次更换标准粉时，都要重新设定各项参数，并重新测定K值。

4、透气仪的气密性

根据比表面积测定的方法原理，在测定过程中，透气仪的气密性好坏是会直接影响到透气试验时所测得的液面降落时间T（如果存在漏气现象，会导致测量所得的液面降落时间T偏低）,从而影响最终计算比表面积的结果。所以，无论是手动透气仪还是自动透气仪，不管是进行什么项目的测定（水泥标准样品或者试样样品，测定样品的液面降落时间T或是自动透气仪上测量常数K值）,都应该形成每次使用透气仪之前进行漏气检查的良好习惯,这样才能保证各项参数、数值具有可比性。

漏气检查方法：将透气圆筒上口用橡皮塞塞紧，接到压力计上，用抽气装置从压力计一臂中抽出部分气体，然后关闭阀门，观察是否漏气（液面是否下降）。如发现漏气，可用活塞油脂加以密封。

需要注意的是，漏气部位主要有两个，一个是气阀门，一个是透气圆筒下锥与顶端锥形磨口的接口处。对于后者，应当把装有试料层的透气圆筒下锥面涂一薄层活塞油脂，然后把它插入压力计顶端锥型磨口处，旋转1～2圈，要保证接口处紧密连接不漏气。

5、密度测定结果的准确性

根据GB／T8074的规定，测定样品的比表面积时，要根据公式m=ρV（1-ε）计算所需称取的试样量,另外，根据GB／T8074中的比表面积计算公式（6）（公式略），可以看到，水泥样品的密度ρ不仅影响了称取试样量的大小，还会影响到比表面积的计算结果。密度ρ的准确性，对最终比表面积测定结果的影响是双重叠加的。

对于检测样品和标准样品，它们各自的密度和空隙率一般都不相同，假定试验时的温度和核准温度之差小于3℃，则比表面积的计算公式应当采用GB／T8074中的公式（6）。由于标准样品的比表面积S、密度ρ、空隙率ε都是已知的，另外试验样品的空隙率ε也是已知的，甚至在同一透气仪、同一条件下实验所得的液面下降时间T也可以看作是已知的，那么，我们可以公式（6）中上述已知项用常数来代替，然后用导数理论对这一公式进行求导，可以得到密度的误差与比表面积误差的函数关系：ΔS/S=C*（Δρ/ρ）——公式⑵,其中，K为密度对比表面积的影响常数，C=1.5*（1/ε-1），当检测样品的空隙率为0.500时，C值为1.5；空隙率为0.530时，C值为1.33。可见，如果水泥密度测定的准确度不高，和密度的实际值误差过大，那么，对比表面积测定结果的影响，将会是直接的、正向线性的关系，并且是斜率大于1的正向线性影响。我们人为地将水泥标准样品的密度基准值按一定误差率进行计算，并按此密度（实验采用密度）计算称取的试样量，进行比表面积测定，得到的结果如表1。从表格中可以看到，“比表面积误差/密度误差”基本符合上述的K值（空隙率为0.500时，K值为 1.5）。

表1. 密度误差对比表面积测定结果的影响

GB/T8074标准中要求比表面积的两次测定结果相对偏差小于2%，如果检测样品的空隙率ε采用0.5,根据以上公式（2）可以得知，我们密度测定的两次偏差（Δρ/ρ）不能大于1.50%（Δρ/ρ=（ΔS/S）/K）。

因此，提高密度测定结果的准确性，是提高比表面积测定结果准确性的重要工作。

需要注意的是，根据GB/T208的规定，测定水泥密度时，要求两次测定结果的偏差要小于0.02g/cm3。但是，我们仅仅要求同一个人测定水泥密度时两次结果之差小于0.02g/cm3，这是远远不够的。因为，我们知道，由于个人操作的不规范或者习惯性，可能会出现“两次测定结果之差小于0.02,但测定值（平均值）和实际值误差很大”的极端情况，这时候，密度测定值的准确性是很差的，也是失真的。如果用这个失真的密度值来进行后来的比表面积测定，最终测定的比表面积结果和实际值之误差肯定也会很大。

为了避免出现这种极端情况，我们需要定期用水泥标准样品来检测自己测定密度的操作是否达标(要求自己两次测定结果和标准样品基准值的偏差均小于0.02g/cm3)。要提高自己测定密度准确度，在操作过程中应该注意以下细节：⑴水泥样品要预先筛除大于0.9mm的颗粒，烘干1小时并在干燥器中冷却至室温后，再称取试样。⑵水泥样品和无水煤油的温度，最好和室温保持一致。⑶在记下第一次读数V1后，务必要用滤纸把液面以上瓶颈部分仔细擦干净（否则，导致结果偏低）。⑷把水泥样品装入李氏瓶过程中，要谨慎操作以免样品洒落到瓶外，同时装入速度不宜太慢，以免造成无水煤油在此过程中有所挥发（这两者都会导致第二次读数偏低，从而使得密度测定值偏高）。⑸把试样全部装入瓶中后，要小心倾斜瓶身，用瓶内无水煤油把粘附在瓶颈上的样品全部浸落入液体中（否则会导致第二次读数偏低，密度测定值结果偏高）。⑹要摇动充分或者超声波振动，排除气泡（否则会导致第二次读数偏高，密度测定值偏低)。⑺再次把李氏瓶放入恒温水槽之前，要盖上瓶塞，并确保紧密，防止煤油挥发导致结果偏高（可以在瓶塞接口处涂抹薄层活塞油脂）。⑻两次读数时，要确保恒温水槽的温度差不大于0.2℃。⑼在往李氏瓶中装入试样过程中，要减少室内空气流动，以免造成无水煤油挥发导致结果偏高（可以暂时关闭空调等送风功能）。

表2.相对湿度对比表面积测定结果的影响

6、实验室的湿度是否达标

在水泥比表面积测定中,其结果准确性受诸多因素的影响,除仪器设备和检验人员操作手法等因素外,环境条件也很重要,相对湿度就是其中之一。根据GB/T8074的规定，实验室的相对温度不得大于50%。这是因为湿度过大，会直接影响到气流的通过。实践证明,空气中湿度越大,液面降落时间就越长,比表面积偏大;反之,比表面积偏小。当检验室湿度大于50%时,则检验结果会超出同室允许的误差范围。

表2是用三个水泥比表面积标准样品，分别在不同相对湿度环境下，所测定的比表面积对比表。

结果显示，在相对温度低于50%时，测定结果均符合GB/T8074的误差要求（不大于2%),而当相对湿度仅仅提高到了52%,误差就明显超过标准了。湿度达到55%时，误差更大。因此，进行比表面积测定时，严格控制实验室的湿度不能超过50%,是至关重要的。

7、检测人员操作的规范性、正确性

比表面积的测定工作，由于涉及到密度和比表面积两个项目的连续检测，检测步骤较多，其中任何一个或多个步骤的操作不当，都会对最终结果产生连锁的影响。特别是在“试料层制备”这一步骤中，更要严格按照规范来操作,以免因为操作不当造成结果偏差过大。因此，检测人员要严格按照规范的操作流程、注意事项来进行操作，同时，在细节上要小心谨慎，熟练进行各步骤流程。

检测人员要定期用标准样品来核对自己检测的准确度，保证自己的测定值和标准样品的基准值之间误差在规定的范围之内（不大于2%，力求不超过1%）,如果误差超过规定范围，要及时找出原因、纠正自己的错误操作,直到把误差控制在要求以内为止。

结论

综上分析，我们认为：在水泥比表面积检测中，样品的代表性、圆筒试料层体积的精准度、标准样品参数的有效性、透气仪的气密性、密度测定结果的准确性、实验室的湿度是否达标、检测人员操作的规范性、正确性,都对检测结果的准确性有很大的影响，尤其是密度和相关湿度影响更加明显。检测人员要注意以上影响因素、规范操作，就可以有效提高检测结果的准确性。