水泥混凝土是目前使用*廣泛的大宗建筑材料之一，水泥混凝土所用各種原材料的含量應進行嚴格控制，以確保混凝土工程的耐久性[1–2]。在建筑工程中，粉煤灰、礦粉等外摻料被普遍用來部分代替水泥，外摻料的加入量過高，水泥的含量就會偏低，混凝土就可能出現質量問題[3–4]。近年來由混凝土質量引起的事故屢見不鮮，其焦點多集中于施工單位或混凝土供應商是否為節約成本而改變了混凝土的配合比，以粉煤灰或其它摻合料來代替水泥。為斷定責任方，市場上迫切需要利用檢測技術驗證已澆筑硬化混凝土的配合比，尤其是水泥用量是否符

　　合設計標準。為混凝土事故鑒定提供依據，確定混凝土配合比尤其是水灰比十分重要，而水泥用量是混凝土配合比的重要參數，因此測定硬化混凝土單位水泥用量可以為事故分析、混凝土配合比檢查、混凝土質量及耐久性診斷方面提供有價值的參考數據。

　　目前水泥用量的測定存在較大的技術困難，國內文獻對已硬化混凝土中單位水泥用量的報道大多集中在水泥用量的減少對混凝土強度及其它性能的影響方面[5–7]，在硬化混凝土成分分析及單位水泥用量測定方面幾乎沒有文獻報道。國外的方法中有馬來酸和葡萄糖酸鈉溶解法及氧化物分析法[8–10]。有研究基于碳化后和含有一定堿量的混凝土的pH值，應用經HNO3酸化的丹寧酸溶液著色混凝土測定水泥含量[11]。還有研究用酒石酸和丹寧酸的混合溶液著色混凝土[12]測定硬化混凝土中的水泥含量。筆者制作了不同單位水泥用量、不同配合比的混凝土試塊，采用冰鹽酸溶解法測定混凝土中的單位水泥用量，并考察了摻合料的添加對水泥用量測定結果的影響，給出了測定結果的相對標準偏差。對于混凝土結構質量的評價與安全鑒定具有重要意義。

　　1 實驗方法

　　1.1 主要儀器與試劑

　　超純水機：UPH+UPR型，成都優普公司;磁力攪拌器：可調速，四氟攪拌漿;電子天平：AB–104S型，感量為0.1mg，瑞士梅特勒公司;顎式破碎機：上虞市東關建材儀器廠;標準篩：2.5mm，1.18mm，150μm，105μm;鹽酸：密度為1.19g/cm3;氫氧化鈉、聚氧化乙烯：分析純;氫氟酸：48%，分析純;

　　硫酸：密度為1.84g/cm3，分析純;實驗用水為三級水。

　　1.2 硬化混凝土試塊的制作

　　制作硅酸鹽水泥用量分別為200，300，400，500kg/m3的試塊共4組，每組準備3塊，分別標記為T200，T300，T400，T500。制作硅酸鹽水泥用量

　　為300kg/m3，粉煤灰和礦渣粉摻量分別為35%與0%，20%與15%，0%與35%的試塊3組，每組準備3塊。分別標記為TC35–0，TC25–15，TC0–35。不同配合比的混凝土試塊按標準條件養護28d,原料配合比見表1。

　　1.3 混凝土體積、質量、抗壓強度的測定

　　對于標準試塊混凝土，測量其長度l、寬度w、高度h，精確到0.1mm，計算體積V(V=l×w×h)。對于非標準試塊混凝土，將試塊在水中浸泡24h，充分吸水后，先測定樣品在水中的質量、再將試塊從水中取出，擦干表面水分，測定在空氣中的質量，計算公式為：

　　將混凝土試塊在105℃的干燥箱中干燥至完全干透，稱量其質量，精確到0.1g，記為m。混凝土試塊制作完成后測定抗壓強度，取3組試塊測定的平均值作為測定結果，測定結果見表2。

　　1.4 粉末試料的制備

　　將測定強度后的混凝土試塊全部用破碎機進行破碎，破碎時盡量避免水泥損失。先全部通過2.5mm篩，用“四分法”分取四分之一試樣繼續破碎，取約500g過150μm篩，取約200g試樣待測，記為試料A。將T400試塊取四分之一破碎，取約500g過1.18mm篩，取約100g試樣待測，記為試料B;再取四分之一的試樣，破碎，取約500g過105μm篩，取約100g試樣待測，記為試料C。將取得的試料放在容器中，用磁鐵吸出混入的鐵粉，充分混合均勻，在105℃的干燥箱中干燥2h，冷卻后放入干燥器待測。

　　1.5 試樣的溶解及原料中可溶性二氧化硅的測定

　　分別把100mL的冷稀鹽酸(體積比為1∶3)加入到3只250mL的燒杯中(配制的稀鹽酸放在冰箱中，試驗時現用現取)，稱取2g樣品(精確到0.0001g)，用時約1min慢慢地加到冷稀鹽酸中，用電磁攪拌器連續攪拌約20min。為了獲得好的沉淀，使用2層定量濾紙貼鋪在布氏漏斗里過濾，過濾完成之前底板和殘渣應保持適度濕潤。調節泵的閥門大小以保持一定的濾速，盡量把濾渣都轉移到燒杯中，用25mL熱稀鹽酸(1+49)洗兩次，保存濾液。把殘留有濾渣的濾紙也放入燒杯中，確保濾渣沒有損失。往濾渣中加入75mL10g/L熱氫氧化鈉溶液，攪拌，浸軟濾紙，溶解，然后將燒杯置于熱水中保持15min。溶解過程中要攪拌混合物，并將濾紙搗碎，再用定量濾紙過濾所有的固體，用25mL熱稀鹽酸(1+49)洗滌2次，把濾液收集在一起。分別測定水泥、粉煤灰、礦渣粉、砂、石中可溶性二氧化硅的含量Cs，水泥試樣采用GB/T176–2008方[13]處理，其它材料處理方法同混凝土

　　2 結果與討論

　　2.1 二氧化硅法測定單位水泥用量結果

　　用冰鹽酸溶解混凝土試樣，測得的單位水泥用量結果見表3。由表3可知，使用二氧化硅法測得Cs/C值在

　　0.94～1.43之間，其中未摻入礦粉的混凝土試塊測得的單位水泥用量與實際配合比值較為接近，而在摻入粉煤灰和礦粉的試塊中，單獨摻入礦粉的試樣Cs/C值*高，原因是礦粉水化產物與冰鹽酸反應生成的二氧化硅溶解性較強，使得測定結果偏高。不考慮摻合料添加對測定結果的影響，二氧化硅法測定的水泥用量與實際值*大偏差為20kg/m3，測定結果均在設計值的±20kg/m3之內。實際測定時采取多次測量試樣、對測定結果取平均值的方法消除誤差。

　　2.2 粉煤灰與礦粉的摻加對測定結果的影響

　　對摻加了35%粉煤灰與0%礦渣、20%粉煤灰與15%礦渣、0%粉煤灰與35%礦渣混凝土的水泥用量進行測定，以考察粉煤灰及礦渣的添加量對測定結果的影響。由表3看出，只加入粉煤灰，對水泥用量測定結果影響較小，原因可能為粉煤灰中SiO2的含量較低，參與水化反應生成水化產物的量較少，與冰鹽酸反應被溶解的部分很少，因此可認為粉煤灰的加入對測定結果幾乎無影響。而由摻加礦渣粉的試料的測定結果發現，礦渣粉的加入使測定結果偏高，尤其在礦粉加入量為35%時，Cs/C值*高。原因可能是由于礦粉中SiO2含量較高，水化反應的程度也較高，其水化產物被溶解，造成測定結果偏高。因此對于摻加了礦渣粉的混凝土，采用此方法有一定的局限性。

　　2.3 試料粒度對結果的影響

　　將T400樣品分別過105μm，150μm，1.18mm篩，然后進行試驗，測定的水泥用量結果見表4。

　　由表4可知，試料尺寸為105μm和1.18mm的試樣，測定結果與設計值的偏差比150μm粒度要大，原因為較大粒度的試樣使得水化產物與冰鹽酸反應不充分。而顆粒過細會使原料中砂、石等骨料參與反應量增大，從而使得結果偏高。而150μm粒度下樣品的測定結果偏差小些，因此在實際應用中可采用粒度略大于150μm的試料，并不是試料顆粒越細越好。

　　2.4 原料中可溶性二氧化硅的測定

　　分析水泥、粉煤灰、礦渣粉及砂、石中可溶性二氧化硅的質量,水泥試樣采用GB/T176–2008方法處理,其它材料處理方法同混凝土，測定結果見

　　表5。

　　由表5可知，在制備混凝土試塊的原料中，除水泥外，礦粉的二氧化硅含量比較高，因此摻入礦粉的混凝土試塊測定結果偏差*大，上述結果也驗證了2.2中的討論。

　　2.5 測量精密度

　　對7組試塊測定單位水泥用量，分別平行測定5次，相對標準偏差見表6。

　　由表6數據可知，平行測定5次的相對標準偏差在2.4%以內，表明測定結果的精密度較高，方法的重復性較好。

　　2.6 干擾因素

　　混凝土中的許多成分會干擾水泥含量分析，其中巖石、礦物質或者礦物摻合料都會因其不同的溶解性而影響水泥含量的測定，它們的溶解性依賴于樣品的細度、水灰比、水化程度和混凝土齡期，露置于高pH值環境也會影響礦物質的溶解性。某些可溶性物質可以在一定條件下溶解生成可溶性二氧化硅，包括黑硅石、蛋白石、玉髓石、玻璃質火山巖、應變石英(強應變)、石英巖、碎裂的巖石(糜棱巖、千糜巖)、片麻巖、頁巖、硬砂巖等。另外，硅灰的加入也會影響測定結果。

　　3 結論

　　對未摻加礦粉的混凝土試塊，采用二氧化硅法測得的水泥用量結果與設計的配合比值基本吻合，粉煤灰的添加對測定的水泥用量結果影響不大，礦渣粉的添加使得測定結果偏大。試料的加工尺寸對結果有影響，顆粒不應太粗，也不能太細，選擇150μm的粒度比較合適。此方法測量精密度較高。對于摻加礦渣粉等礦物的混凝土中水泥用量的測定可能需要更多的補充方法，對測定結果進行綜合判斷從而給出*為可靠的結果。

　　轉載自中國計量網