水泥組分的定量測定方法

蔡淑嬌

江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001

隨著水泥行業大力的發展和水泥產量的增加，也造成了水泥用混合材的短缺，企業為了減少成本，無法保證混合材的質量。雖然，水泥強度能達到產品標準要求，但是對水泥混凝土耐久性存在隱患。為了規范混合材的使用，提升我國水泥質量、促進水泥行業的綠色發展，國家標準化委員會下達了GB175-2007 的修訂計劃，目前GB175 報批稿已完成，其中，對水泥組分進行了細化和調整，針對組分檢測目前采用GB/T 12960-2019《水泥組分的定量測定》。

1 水泥組分測定的方法

GB/T 12960-2019 標準中，有兩種實驗方法，方法一和方法二。

1.1 方法一：

（1）實驗原理［1］

測定水泥中火山灰質混合材料或粉煤灰組分和粒化高爐礦渣組分時，都是采用選擇溶解法。當使用硝酸溶液選擇溶解水泥試樣時，火山灰質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。當使用pH 11.60 含有EDTA 的堿性溶液溶解水泥試樣時，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定CO2的含量。通過選擇溶解法測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，計算水泥中各組分的含量。

（2）儀器設備

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

1.2 方法二：

（1）實驗原理

粒化高爐礦渣組分采用硫化物測定法。硫化物的測定采用GB/T 176-2017 中6.15 碘量法。測定水泥中石灰石組分，可以采用灼燒稱量法、紅外分析法和自動光電滴定法測定CO2含量。灼燒稱量法采用950±25℃與580±20℃的燒失量之差來計算，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生其他反應，將影響石灰石組分的測定結果，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，所以采用灼燒法測量CO2時，需要按GB/T176 中礦渣硅酸鹽水泥燒失量的測定方法進行校正；紅外分析法，試樣于高頻感應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，根據檢測器接受到的能量值來測得CO2的含量。自動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-乙醇標準滴定溶液自動跟蹤滴定。石膏組分的測定采用X 射線衍射分析法。

（2）儀器設備

相比較方法一，方法二需要增加X 射線衍射分析儀。

1.3 兩種方法對比

從實驗過程，可以看出方法一，需要測試4 個試驗數據，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 個試驗數據，可分別計算出水泥中火山灰質混合材料或粉煤灰組分，水泥中粒化高爐礦渣組分，水泥中石灰石組分和水泥中石膏組分。方法二需要測試5 個試驗數據，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 個試驗數據，也可計算各組分含量。

兩種方法試驗的工作量相差不大，都需要檢測酸不溶渣含量、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備和方法進行檢測（水泥組分測定儀），CO2含量的檢測方法一使用堿石棉吸收稱量法、方法二使用灼燒稱量法，兩種方法都是測量CO2的重量，方法一是用堿石棉吸收CO2測量堿石棉增重，從而計算出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℃石灰石就會開始緩慢的分解，因此試驗利于580℃和950℃的質量差，來計算CO2的含量。如果其他成分有同樣的分解溫度或者發生其他反應，將影響石灰石組分的測定結果。水泥硫化物含量采用GB 176-2017中6.15 進行檢測，方法二中獲取的堿不溶渣還要進行硫化物含量測定，對比方法一只需要測量酸不溶渣含量和堿不溶渣含量就可以計算出水泥中粒化高爐礦渣組分含量，方法二該項檢測更復雜，目前水泥企業對硫化物含量的檢測幾乎沒有開展，主要是檢測SO3含量。石膏組分測定方法一直接檢測水泥中的SO3含量進行換算，方法二是利用石膏的結晶性能通過X-射線衍射分析法測得。

兩種方法的檢驗原理有一定的區別，因此所采用的儀器設備也有所不同，從投入的角度看，方法一所需要的儀器設備投入更少，更加適合企業開展檢查工作。同時，標準GB/T 12960-2019 中，試驗的基本要求提到“如果同一組分列了多種測定方法，當有爭議時以方法一為準”。因此，推薦水泥企業采用方法一進行水泥組分檢測。

2 水泥組分檢測注意事項

（1）恒量的玻璃砂芯漏斗在使用前一定要清洗并恒重。如有殘渣可使用熱的鹽酸（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 水攪拌恒溫時，加入試料一定要完全分散，防止試樣結塊，影響實驗結果。

（3）控制抽濾時間，不能超過20min，否則重新實驗，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）由于殘渣的質量一般處于0.06-0.00g，質量較輕稱量時一定要注意玻璃砂芯漏斗的冷卻時間和在天平上的放置位置。

（5）堿溶時，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）選擇溶解時試驗溶液溫度高于20±2℃，使不溶渣的溶解量偏大，造成結果偏低。反之則結果偏低。

3 水泥組分檢測的必要性

在新的GB175《普通硅酸鹽水泥》（報批稿）給出了各種水泥組分含量的限值要求，并在8.3 條款判斷規則中，提到水泥組分的測定要做出廠檢驗和型式檢驗，同時檢驗不合格為不合格品。從企業的角度，水泥組分的測定是必要且一定要開展的。首先，水泥組分測定可以是企業的生產控制行為，通過組分的測定來調節混合材料的品種和質量、混合材料之間的搭配以及摻加量等控制參數。其次，組分測定是質量保證和證明行為，根據《中華人民共和國產品質量法》的規定，產品或者其包裝上的標識必須真實，并有產品質量檢驗合格證明。水泥組分測定可以證明水泥企業是否保證了產品質量以及產品質量是否符合所采用的標準［2］。最后，水泥組分的測定也有利于混凝土強度和耐久性［3］，由于水泥企業為了控制成本會出現混合材不合格和超標現象。在攪拌站未知情的情況下，繼續摻入20%～30%的磨細摻合料，將會因混合材的疊加效應而導致混凝土工程質量低劣，造成混凝土的耐久性隱患［3］。因此對水泥組分定量測定是十分必要的。