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1. 背景
水泥是最重要的建筑材料，廣泛應(yīng)用于建筑、水利、國(guó)防、基礎(chǔ)設(shè)施等工程，其質(zhì)量的重要性不言而喻。由于混合材料的不同，不同產(chǎn)地、不同工藝制成的水泥，其真密度不盡相同。而密度作為水泥基本的物理參數(shù)之一，影響著水泥的品質(zhì)、性能及應(yīng)用，因此準(zhǔn)確測(cè)定水泥的密度有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文研究采用丹東百特研制的BetterPyc 380多功能真密度儀測(cè)試水泥的密度，為有此類需求的用戶提供參考。
傳統(tǒng)的水泥密度測(cè)定方法是“李氏瓶法"，有操作復(fù)雜，精度低等不足。本實(shí)驗(yàn)的是依據(jù)最新的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CCAS 012-2019《水泥密度測(cè)定方法（氣體置換法）》進(jìn)行的，此法具有操作簡(jiǎn)便，速度快精度高等特點(diǎn)，是最新的粉體材料密度測(cè)定方法。本實(shí)驗(yàn)使用BetterPyc 380多功能真密度儀，同時(shí)探索氣體類型和分析壓力對(duì)水泥密度測(cè)試結(jié)果的影響，以獲取更為準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。
2. 實(shí)驗(yàn)方案
用0.90mm方孔篩網(wǎng)對(duì)水泥試樣進(jìn)行篩分后，稱量100g放入烘箱110℃干燥1h，取出放置于干燥器中冷卻至室溫。分別將氮?dú)夂秃庾鳛榉治鰵怏w，在分析壓力為5，10，15和20psig，測(cè)試溫度為20℃條件下測(cè)試樣品的密度。
3. 結(jié)果和討論
我們從表中看到，隨著分析壓力的增大，密度測(cè)試結(jié)果增加。當(dāng)分析壓力增加到10 psig后，密度測(cè)試結(jié)果增加變緩。引起該現(xiàn)象的原因在于水泥顆粒上有孔隙，隨著壓力增加，分析氣體更多地進(jìn)入水泥顆粒的孔隙中引起體積測(cè)試值減小，密度值增大。當(dāng)壓力再繼續(xù)增大，水泥顆粒上的孔隙趨近于充滿氣體時(shí)，體積測(cè)試值也趨近于恒定，密度值趨近于穩(wěn)定，所以，用較大的壓力測(cè)試水泥密度，測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值。
表1. 不同分析氣體和分析壓力下水泥密度測(cè)試結(jié)果 | |||||
壓力 | 分析氣體：氮?dú)?/span> |
| 分析氣體：氦氣 | ||
密度（g/cm3） | 標(biāo)準(zhǔn)差（g/cm3） |
| 密度（g/cm3） | 標(biāo)準(zhǔn)差（g/cm3） | |
5 | 2.6164 | 0.0051 |
| 2.6137 | 0.0050 |
10 | 2.7718 | 0.0018 |
| 2.7782 | 0.0029 |
15 | 2.8213 | 0.0006 |
| 2.8477 | 0.0005 |
20 | 2.8496 | 0.0010 |
| 2.8824 | 0.0013 |
那么，不同的分析氣體對(duì)水泥密度測(cè)試結(jié)果有可影響呢？從圖1可以看出，隨著分析壓力增大，以氦氣為分析體氣所得的密度結(jié)果偏大一些。這是由于氦氣的分子更小，更易進(jìn)入水泥顆粒上的孔隙中，因此與氮?dú)庀啾?，利用氦氣作為水泥密度的分析氣體，可獲取更為真實(shí)的密度值。
圖 1. 不同分析氣體和分析壓力下水泥樣品密度
不同的分析氣體的分析壓力引起的水泥密度結(jié)果差異，是不是儀器和操作方法引起的呢？我們用氮?dú)夂秃猓谙嗤治鰤毫ο聹y(cè)試無(wú)孔玻璃珠的密度，結(jié)果如表2所示。我們看到，不同氣體和不同壓力對(duì)玻璃珠的密度結(jié)果沒(méi)有明顯影響。證明上述結(jié)果差異不是儀器和操作方法引起的，是水泥顆粒孔隙引起的。
表2. 不同分析氣體和分析壓力下玻璃珠的密度測(cè)試結(jié)果 | |||||
壓力 | 分析氣體：氮?dú)?/span> |
| 分析氣體：氦氣 | ||
密度（g/cm3） | 標(biāo)準(zhǔn)差（g/cm3） |
| 密度（g/cm3） | 標(biāo)準(zhǔn)差（g/cm3） | |
5 | 2.4471 | 0.0011 |
| 2.4448 | 0.0005 |
10 | 2.4557 | 0.0015 |
| 2.4563 | 0.0009 |
15 | 2.4637 | 0.0001 |
| 2.4641 | 0.0004 |
20 | 2.4794 | 0.0002 |
| 2.4784 | 0.0002 |
4. 總結(jié)
基于上述與分析，以氦氣為分析氣體，在較高分析壓力（如20 psig）下，使用BetterPyc 380可準(zhǔn)確測(cè)試水泥粉體的真實(shí)密度。同時(shí)，本文的實(shí)驗(yàn)條件和分析方法亦適用于其他多孔粉體材料的密度測(cè)試和結(jié)果分析，以取得更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
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