海拔及緯度對勃氏法測定比表面積的影響

張立勃

中鐵隧道集團工程試驗中心（471009）

海拔及緯度對勃氏法測定比表面積的影響

張立勃

中鐵隧道集團工程試驗中心（471009）

從我國的地理特點出發，通過計算在不同海拔和緯度下蒸餾水的重力變化，來推測用勃氏法測定比表面積在我國的適用性。

緯度；海拔；重力；勃氏法；適用性

1 勃氏法在測定比表面積上的應用

水泥是基礎建設必須的原材料，水泥的比表面積反映了水泥顆粒的粗細程度，是控制水泥質量的重要參數。依據GB 175-2007，水泥的比表面積由GB/T 8074勃氏法測得。該法的測定原理，是根據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，孔隙的大小和數量是顆粒尺寸的函數，同時也決定了通過料層的氣流速度。

2 影響測定的因素

楊家敏指出，水泥的比表面積測定值受密度和空隙率影響較大，隨試樣密度的變大而增大，隨試樣空隙率的變大而減少。準確測定水泥的密度和孔隙率是保證比表面積數值準確的關鍵[1]。唐越通過試驗研究，總結出料層體積、基準液、制備水泥層、穿孔板的正反面是影響比表面積測定準確性的重要因素[2]。徐芬蓮、陳景、代瑞平、楊文認為，勃氏法透氣儀種類的差異、水位線的高低、操作過程與手法、試驗的環境、試樣結果的處理方式等都影響到勃氏法的測定結果。建議相關部門對操作者進行專業、統一的培訓，提高其業務操作水平，以提高試驗結果準確度[3]。宋立力建議明確配合分析天平使用的高精度量具，確保稱量結果的精確；增加水泥試樣與標準粉密度不同但空隙率相同時的計算公式和方法[4]。魏厚剛指出，溫濕度對液面降落時間影響顯著，且是產生誤差的主要原因[5]。林建榮、孟令友認為，空氣中濕度越大，測試時間越長，比表面積越大；反之，濕度下降則氣流通過粉料層時阻力減小，所用測試時間越短，比表面積越小[6]。

以上研究大多是基于試驗操作差異和引起試料層孔隙變化因素的基礎上進行的,而我國幅員遼闊，區域緯度及海拔差異明顯，比表面積的測定是否會受地理位置的影響,目前還鮮有該方向的研究。筆者從我國的地理特點出發，分析在不同海拔和緯度下，用勃式法測定比表面積時可能存在的數值變化。

表1 各緯度海平面重力加速度

3 地理位置可能造成的影響分析

從勃式法的試驗原理看，U形管中蒸餾水的液面高度差產生了空氣通過試料層的驅動力，而該驅動力的本質是蒸餾水的重力。我們知道，受海拔及緯度的影響,重力加速度在地球上的分布是不同的，因此，當在不同地理位置對同一樣品進行比表面積測定時,蒸餾水的重力變化幅度是否影響測試結果。

3.1 海拔對蒸餾水重力的影響幅度

根據萬有引力公式:

可以得出重力加速度與星體半徑的關系式：

式中:F表示重力；G為引力常量；M為星球質量；m為物體質量；R為星球半徑；g為重力加速度。

由該式（2）可知，重力加速度隨著海拔高度的增大而減小，不同地點海拔的變化幅度，決定了重力的變化幅度。

地球半徑約為6 350 km，我國的青藏高原平均海拔約為4 000 m，廣東沿海的海拔約為100 m，青藏高原和廣東沿海的海拔差約為3.9 km，據此計算在青藏高原和廣東沿海的海拔差對試驗用蒸餾水重力的影響:

由（3）可知，從青藏高原移至廣東沿海時，蒸餾水的重力變化約為0.121%，因該變化很小，故用勃氏法測定比表面積時，蒸餾水對空氣的驅動力變化也很小，故海拔因素對該項測定的影響可以忽略不計。

3.2 緯度對蒸餾水重力的影響幅度

把地球當作旋轉橢球,根據1979年的正常重力公式，在海平面上重力加速度g隨緯度δ變化的關系為:

由式（4）可以推導出表1中的數據。

由表1中的數據，得到:

由（5）可知，從我國較南端的海口市移至偏北端的呼倫貝爾時，蒸餾水的重力加速度的變化約為0.249%，由此可知重力的變化幅度很小，故用勃氏法測定比表面積時，蒸餾水對空氣的驅動力變化也很小，緯度因素對該項測定的影響可以忽略不計。

4 結論

1）選取了我國境內有代表性的地點，經相關計算可知，海拔和緯度的變化，對勃氏法測定比表面積造成影響很小，可以忽略不計，因此從該角度看，用勃氏法來測定比表面積在我國區域內是適用的。

2）存在問題：當海拔和緯度變化時，空氣密度將發生變化，如海拔高度每升高1 000 m，空氣密度降低約10%。筆者認為，尚無法定量計算該變化能否對勃式法的測定產生影響，因此拋磚引玉，供大家研究討論。

[1]楊家敏.勃氏法測水泥比表面積之影響因素分析[J].建筑界，2013,12:76～77.

[2]唐越.影響比表面積(勃氏法)測定結果的幾個重要因素[J].昆明冶金高等專科學校學報.2006,01:16～18.

[3]徐芬蓮,陳景,代瑞平,楊文.關于勃氏法測定試樣比表面積的若干問題[J].商品混凝土,2010,07:66～68.

[4]宋立力.關于水泥密度測定、水泥比表面積測定方法幾個問題的探討[J].中國建材科技,2010,02:6～8.

[5]魏厚剛.關于對水泥密度、水泥比表面積兩個測定方法標準的意見[J].中國建材科技,2006,01:41～42.

[6]林建榮,孟令友.實驗室濕度對水泥比表面積檢測結果的影響[J].新世紀水泥導報,2012,06:75～77.