基于折光儀法液體速凝劑固含量檢測技術(shù)

馮月娥, 魏永鋒

(1.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司， 甘肅 蘭州 730000； 2.甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730050；3.蘭州大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730000)

固含量是水泥混凝土速凝劑重要的勻質(zhì)性指標(biāo)，對其進(jìn)行快速、準(zhǔn)確檢測是水泥混凝土速凝劑質(zhì)量判別的重要內(nèi)容。GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》規(guī)定，混凝土速凝劑的固含量利用直接烘干法測定[1]。利用直接烘干法測定固含量存在以下缺陷：① 需反復(fù)進(jìn)行稱量、烘干、冷卻、計(jì)算清洗等步驟，單個樣品需耗時至少8 h，不利于試樣快速測試；② 部分品牌的速凝劑隨烘干時間的延長，其重量呈持續(xù)減少，不易確定恒重臨界點(diǎn)；③ 無論直接烘干稱量法還是稀釋烘干法，僅僅要求對試樣“充分搖勻”，并未提出專門的預(yù)處理措施；④ 該法對生產(chǎn)規(guī)模大、樣品批次較多的廠家而言，測試效率較低；⑤ 烘干法所用設(shè)備儀器多，占地面積大，設(shè)備成本高。折射率是物質(zhì)的一種重要光學(xué)參數(shù)。在一定的溫度下，折射率與液體中的固含量有關(guān)，故可通過測定折射率來推算液體的固含量[2]。折光儀在食品、飲料等行業(yè)中用于測定液體中的糖分[3-5]。折射率是一種成熟的檢測方法，具有快速簡單易操作、方便安全等特點(diǎn)[6-7]。然而，國內(nèi)外鮮有報(bào)道用其測定混凝土液體速凝劑固含量的研究。

1 試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)方法

(1) 試驗(yàn)儀器

選用TD-92折光儀，盛樣棱鏡采用耐酸堿腐蝕的人造藍(lán)寶石，折光系數(shù)分辨率為0.01%，測量準(zhǔn)確度為固含量±0.1%，溫度補(bǔ)償為10～60 ℃(自動溫度補(bǔ)償)，樣本量為0.3 mL，儀器反應(yīng)時間3 s。

(2) 烘干稱量法測定速凝劑固含量

烘干稱量法測定速凝劑固含量，具體試驗(yàn)過程如下：將潔凈帶蓋培養(yǎng)皿放入烘箱內(nèi)，于100～105 ℃加熱30 min,取出置于干燥箱器內(nèi)，冷卻30 min后稱量，重復(fù)上述步驟直至恒量，其質(zhì)量為m0。充分搖勻被測試樣，倒入燒杯，用小勺取被測試樣8～10 g，裝入已經(jīng)恒量的培養(yǎng)皿內(nèi)，蓋上蓋，精確稱出試樣及培養(yǎng)皿的總質(zhì)量為m1。將盛有試樣的培養(yǎng)皿放入烘箱內(nèi)，開啟培養(yǎng)皿蓋子，升溫至100～105 ℃烘干，蓋上蓋，置于干燥器內(nèi)冷卻30 min后稱量，重復(fù)上述步驟直至恒量，其質(zhì)量為m2。然后，按式(1)計(jì)算固含量S：

(1)

(3) 折光儀檢測速凝劑固含量

每組速凝劑樣品準(zhǔn)確量取200 mL，采用超聲波萃取儀分散1～10 min，使樣品體系均勻；用柔軟絨布將折光棱鏡擦拭干凈。將蒸餾水?dāng)?shù)滴，滴在折光棱鏡上，輕輕合上進(jìn)光板，使溶液均勻分布于棱鏡表面，并將儀器進(jìn)光板對準(zhǔn)光源或明亮處，通過接目鏡觀察視場，如果視場明暗分界線不清楚，則旋轉(zhuǎn)接目鏡使視場清晰，再旋轉(zhuǎn)校零螺釘，使明暗分界線置于零位。然后擦凈蒸餾水，換上測試樣品，此時視場所視其分界線，所處相應(yīng)分劃刻度值則為所測試溶液濃度值。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1) 標(biāo)準(zhǔn)樣品固含量檢測

對標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別采用烘干稱量法和折光儀法進(jìn)行固含量測試。烘干稱量法進(jìn)行10組平行試驗(yàn)，折光儀法進(jìn)行20組平行試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)樣品選用YX-YSN型液體速凝劑，其出廠標(biāo)識固含量為47%±0.2%。

(2) 不同固含量樣品固含量檢測

使用純凈水將標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行稀釋，配制固含量為30%～47%的試驗(yàn)樣品，然后分別采用烘干稱量法和折光儀法進(jìn)行固含量測試。其中，烘干稱量法和折光儀法各進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，取算術(shù)平均值為其測試固含量。具體固含量樣品配制如表1所示。

表1 不同固含量樣品配制

(3) 不同型號/類型樣品固含量檢測

選取13種不同型號速凝劑(表2)，進(jìn)行烘干稱量法和折光儀法的對比檢測。

表2 試驗(yàn)涉及的不同型號速凝劑

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品固含量檢測

對同一標(biāo)準(zhǔn)樣品分別依據(jù)烘干稱量法和折光儀法對其固含量進(jìn)行測試，其中，烘干稱量法平行檢測10次，折光儀法平行檢測20次，分別對測試結(jié)果求取算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差、變異系數(shù)。具體結(jié)果見圖1。

圖1 烘干稱量法與折光儀法固含量測試結(jié)果

從圖1可看出：使用烘干稱重法測試標(biāo)準(zhǔn)速凝劑固含量平均值為47.52%，較廠家標(biāo)識固含量47.0%±0.2%偏高，各平行結(jié)果較為離散，其標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.622，變異系數(shù)CV=0.013 09；而使用折光儀法測試標(biāo)準(zhǔn)固含量平均值為47.19%，更接近廠家標(biāo)識固含量47.0%±0.2%，該方法檢測各平行結(jié)果離散性小、數(shù)據(jù)穩(wěn)定，與標(biāo)準(zhǔn)固含量相關(guān)性好，其標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.037，變異系數(shù)CV=0.000 08。

分析出現(xiàn)上述結(jié)果的原因可能是：① 烘干稱重法固含量測試時，對樣品烘干處理，難以達(dá)到絕對烘干狀態(tài)，致使干燥物中可能存在部分水分，從而使固含量測試結(jié)果偏高；② 使用烘干稱重法進(jìn)行固含量測試時，設(shè)計(jì)數(shù)次烘干、冷卻、稱量過程，人為影響較大，所以測試結(jié)果較為離散；③ 使用折光儀法測試標(biāo)準(zhǔn)固含量時，預(yù)先對樣品進(jìn)行超聲波分散，使溶液更為均勻，人為影響因素較少，該種方法測試結(jié)果離散性更小、數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，與標(biāo)準(zhǔn)固含量相關(guān)性更好。

2.2 不同固含量樣品固含量檢測

對不同固含量的液體速凝劑分別采用烘干稱量法和折光儀法進(jìn)行固含量測試，其測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)固含量關(guān)系如圖2所示。

從圖2可看出：使用烘干稱重法、折光儀法測試不同固含量速凝劑的固含量時，測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)固含量的線性關(guān)系分別為式(2)、(3)：

圖2 不同方法測試結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)固含量的關(guān)系圖

(2)

(3)

式中：x0為標(biāo)準(zhǔn)固含量；y0為烘干稱重法測試的固含量；yR為折光儀法測試的固含量。

結(jié)果表明：折光儀法固含量測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)固含量相關(guān)性較烘干稱重法更好，更能準(zhǔn)確反映液體速凝劑的真實(shí)固含量。烘干稱量法在公路工程領(lǐng)域認(rèn)可度較高。為此建立烘干稱量法和折光儀法測試結(jié)果的關(guān)系圖，如圖3所示。

圖3 烘干稱量法測試結(jié)果和折光儀法測試結(jié)果的關(guān)系圖

從圖3可看出：烘干稱量法測試固含量結(jié)果與折光儀法具有良好的線性相關(guān)性,其相關(guān)系數(shù)R2=0.997 27，使用折光儀測試液體速凝劑固含量能準(zhǔn)確表示速凝劑固含量，其線性方程如式(4):

yR=1.026 97x0-0.970 3，R2=0.997 27

(4)

2.3 不同型號/類型樣品固含量檢測

為了研究折光儀法測試與不同型號/類型速凝劑的適應(yīng)性，選取13種不同型號速凝劑，進(jìn)行烘干稱量法和折光儀法的對比檢測，測試結(jié)果如圖4所示。

從圖4可看出：折光儀法測試對不同型號/類型速凝劑固含量測試有良好的適應(yīng)性，按照式(4)修正后結(jié)果與烘干稱量法結(jié)果相對偏差均小于0.8%。

圖4 不同速凝劑樣品的固含量測試結(jié)果

3 結(jié)論

(1) 對同一標(biāo)準(zhǔn)速凝劑使用折光儀法測試結(jié)果離散性更小、數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，與標(biāo)準(zhǔn)固含量相關(guān)性更好。

(3) 對不同固含量的液體速凝劑烘干稱量法測試固含量結(jié)果與折光儀法測試結(jié)果具有良好的線性相關(guān)性，其線性相關(guān)方程為：yR=1.026 97x0-0.970 3，R2=0.997 27。

(4) 折光儀法測試對不同型號/類型速凝劑固含量測試有良好的適應(yīng)性，修正后結(jié)果與烘干稱量法結(jié)果相對偏差均小于0.8%。