多通道等温微量热仪在水泥外加剂研究中的应用

水泥水化是一个复杂、伴随显著热效应的物理化学过程。水化过程直接决定了混凝土的强度发展、凝结时间以及耐久性，对建筑结构的安全性与使用寿命具有关键影响。

在实际应用中，为优化水泥性能（如调节凝结时间、提高早期强度等），通常会添加各类化学外加剂（如缓凝剂、减水剂、促凝剂等）。然而，外加剂与水泥矿物之间的相互作用复杂，传统的强度测试、凝结时间测试等方法难以实时、精准地捕捉水化过程中的动态变化。

多通道等温微量热仪作为一种能够在恒定温度下，同时监测多个样品水化放热过程的高精度仪器，可实时记录水泥水化过程中的放热速率与放热量，深入研究外加剂调控水泥水化的作用机理。

图1 中科热仪MIC-90型多通道等温微量热仪

中科热仪的MIC-90型多通道等温微量热仪，正是以水泥水化热、微生物生长、含能材料稳定性评价等应用为目标设计并制造的一种高通量精密量热解决方案。仪器由空气恒温系统与量热系统共同组成，使用基于帕尔贴的高灵敏度热流传感器，通过Seebeck效应能够精准将通道内的热效应转换为热流信号输出，同时通过实时参比差示的方式能够有效地降低基线噪音。

仪器的核心优势：

• 空气循环浴精确控温，基线快速稳定；
  

• 帕尔贴量热传感器，提供很高灵敏度；

• 可选3通道或8通道两种量热模块，并可以由用户在这两种模块间进行切换；

• 样品池容积25/100mL，可选材质有玻璃、金属或其他聚合物；

• 可以进行原位混合以研究外加剂等影响因素；

• 混合池配有电控自动搅拌装置，转速可调；

• 可以定制各种形态、材质的样品池，以满足不同压力、原位混合类型的应用。

1.实验条件

测试仪器：中科热仪MIC-90型多通道等温微量热仪

实验样品：水泥（水灰比0.5）、去离子水

外加剂类型：0.15%柠檬酸（缓凝剂）、1.5%NaCl（促凝剂）

实验温度（恒温）：20℃、40℃

2.实验结果

根据GB/T 12959-2024《水泥水化热测定方法》中的试验方法对水泥浆体进行制备与表征，得到的水化热流-时间曲线如下图所示（图2和图3）。其中绿色曲线为水泥对照组，蓝色曲线为外加1.5%NaCl实验组，紫色曲线为外加0.15%柠檬酸实验组，红色曲线为共同外加NaCl与柠檬酸实验组。

图2 不同外加剂作用下水泥水化热曲线（20℃）

图3 不同外加剂作用下水泥水化热曲线（40℃）

当实验温度恒温在20℃或40℃时，外加1.5%NaCl（蓝色曲线）能促进水泥硬化，而0.15%柠檬酸（紫色曲线）则表现出明显的缓凝现象；当两种外加剂共同作用（红色曲线）时，也表现为缓凝作用。同时，温度也对水泥水化过程产生影响，温度越高，水泥对照组与不同外加剂组的水化开始时间越早，缓凝剂的缓凝作用越弱。但温度的变化对两种外加剂共同作用时的水化时间影响较弱，可能和两种外加剂与水泥的相互作用有关。

表1 不同外加剂作用下水泥水化热关键数据