《硅酸盐水泥成分的测定 热重分析方法》

硅酸盐水泥成分的测定热重分析方法

1范围

本文件规定了水泥热重分析术语和定义、原理、仪器、试剂与材料、试样制备、仪器准备、试验方法、结果处理与报告的要求等。

本文件适用于水泥及水泥石中具有特定热稳定范围的矿物成分的分析。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T6425热分析术语

GB/T12573水泥取样方法

GB/T15724实验室玻璃仪器烧杯

GB/T27762热重分析仪质量示值校准的试验方法

GB/T29189碳纳米管氧化温度及灰分的热重分析法

GB/T30435电热干燥箱及电热鼓风干燥箱

3术语和定义

GB/T6425界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出某些术语和定义。

3.1

热重分析thermogravimetricanalysis

在程序控温和一定气氛下，测量试样质量(或质量分数)与温度(或时间)关系的一类技术。

3.2

热重曲线（TG曲线）thermogravimetriccurve

由热重法测得的数据以质量(或质量分数)随温度或时间变化的形式表示的曲线。曲线纵坐标为质量m(或质量分数)，向上表示质量增加，向下表示质量减少；横坐标为温度T或时间t，自左向右表示温度升高或时间增长。

3.3

微商热重曲线（DTG曲线）derivativethermogravimetriccurve

由热天平测得的数据，以质量变化速率与温度(扫描型)或时间(恒温型)的关系图示。当试样质量增加时，DTG曲线向上；质量减少时，曲线向下。

4原理

硅酸盐水泥热重分析是在可控气氛（纯度高于99.9%的氮气或其他惰性载气）环境下，随着试验温度的恒定速率升高，连续监测水泥试样的质量变化。在特定温度范围和特定气氛下的质量损失计算某些矿物成分的质量分数从而对水泥（水泥石）的矿物组成进行定性和定量分析。

5仪器

5.1热重分析仪

热重分析仪主要由加热炉、温度控制器、热天平、温度传感器、记录仪等部件组成，如图1所示。

加热炉的升温范围：室温~1200℃,温度示值精度不大于0.1℃,示值误差不大于±1.0℃,升温速率可稳定控制在5℃/min~25℃/min；热天平感量不大于0.01mg；可控气体流量0mL/min~100mL/min，示值精度不大于5mL/min。

标引序号说明：

1——氮气（或惰性载气）5——热天平

2——加热炉6——记录仪

3——载样台7——温度控制器

4——温度传感器

图1热重分析仪组成示意图5.2坩埚

坩埚直径6mm~10mm，材质耐腐蚀、耐高温(大于1200℃)，若有盖子，则盖子需留有一个极小通气孔，且不与水泥发生反应。坩埚使用前应烧至恒重。

5.3抽滤装置

抽滤装置由布氏漏斗、抽滤瓶、胶管、抽气泵、滤纸等部件组装而成，使用时应保证装置洁净且各连接处密封以免影响抽滤效率。

5.4干燥箱

干燥箱应符合标准GB/T30435的规定。

5.5玻璃烧杯

玻璃烧杯应选用符合标准GB/T15724《实验室玻璃仪器烧杯》的低型烧杯。

6试剂与材料

6.1惰性载气：纯度不低于99.9%的氮气或其他惰性气体。

6.2水泥样品：样品应通过0.9mm方孔筛。

6.3异丙醇：分析纯。

6.4乙醚：分析纯。

7试样制备

7.1未水化水泥样品按GB/T12573取样，质量不少于50g，，样品的制备及分析应及时，存储应密封保存，避免因受潮或时间过久而吸收空气中CO2和水分而发生反应。

7.2水化水泥石试样试验前应终止水化，推荐使用溶剂置换法：

7.2.1取不小于25g水泥石，使用研钵快速地破碎研磨，最好在氮气氛围下研磨以减少碳化影响，研磨后的试样应在五分钟内全部通过0.9mm方孔筛混合均匀。

7.2.2取5.0g±0.5g磨细试样置于玻璃烧杯中，移入到通风橱内加入50mL异丙醇浸泡15min。

7.2.3使用布氏漏斗和抽滤装置抽去异丙醇。

7.2.4抽干异丙醇后，用10mL乙醚冲洗布氏漏斗中的试样以去除残留异丙醇，抽滤装置将试样抽至无滤液。

7.2.5将试样平铺在玻璃烧杯中，置于40℃干燥箱中干燥10min后取出称重，之后每3min称重一次直至质量变化不大于0.1g判定为试样干燥。

7.2.6试样干燥后应立即进行试验。如不能立即进行试验，可将试样置于密闭容器或低真空环境中保存不超过24h。

8仪器准备

8.1试验前，开启电源，仪器预热平衡时间不小于1h。

8.2热重分析仪质量校准和温度标定：

8.2.1热重分析仪质量校准按GB/T27762执行；

8.2.2热重分析仪温度标定按GB/T29189执行。

8.3使用前、后应对仪器进行清洁。

8.4在进行一组试验前，应按照相同的程序空烧坩埚，确定空白基线。

9试验方法

9.1打开情性气体的流量阀，调整其流速，以50mL/min±2.5mL/min的气体流速运行。

9.2将天平清零，称取30.0mg±1.0mg试样放入已经空烧基线的坩埚中。

9.3记录试样初始质量，以10℃/min的升温速率进行升温，连续采集质量，记录质量随温度或时间变化的数据。

9.4试样温度达到1000℃时，试验结束，记录保存数据。

10结果处理

10.1定性分析

每种组分在一个特征温度范围内热分解，附录A给出了硅酸盐水泥及水泥石组分在敞开式平底容器中分解反应的最低温度、最高温度和特征分解峰，根据特定温度下TG曲线是否出现质量损失和DTG曲线是否出现失重峰，可以定性地判断某种特定组分是否存在于水泥或水泥石中。

10.2定量测定

10.2.1对于具有明确的分解温度区间，且不和其他物质失重温度发生重叠的组分，如氢氧化钙和碳酸钙，其组分含量（质量百分数）可以从该组分热分解损失的质量来确定。

具有单一分解温度范围的特定组分含量可以通过初始质量进行计算，计算结果保留至小数点后两位，假设该组分具有固定的化学计量组成，按式（1）计算：

P·······························（1）

式中：

P—试样中特定组分含量，%；

M—特定组分的摩尔质量，单位为克每摩尔（g/mol）；

m1—分解开始时质量，单位为克（g）；

m2—分解结束时质量，单位为克（g）；

C—损失组分摩尔质量，单位为克每摩尔（g/mol）；

mo—试样初始质量，单位为克（g）。

10.2.1.1氢氧化钙组分分析：氢氧化钙主要在380℃~600℃温度区间生成CaO和H2O。通过测量H2O的损失造成的质量差可以计算样品中的氢氧化钙含量，按式（2）计算：

P······························（2）

P1—试样中氢氧化钙的质量分数，%；

m3—氢氧化钙分解开始时质量，单位为克（g）；

m4—氢氧化钙分解结束时质量，单位为克（g）；

mo—试样初始质量，单位为克（g）。

10.2.1.2碳酸钙组分分析：碳酸钙主要在600℃以上生成CaO和CO2。通过测量CO2的损失造成的质量差Δm3可以计算样品中的碳酸钙含量，按式（质量差用M1-m2

3）计算：

P·······························（3）

P2—试样中碳酸钙的质量分数，%；

m5—碳酸钙分解开始时质量，单位为克（g）；

m6—碳酸钙分解结束时质量，单位为克（g）；

mo—