多通道等温微量热仪在水灰比与水泥水化过程中的研究

前言

水灰比是水泥基材料配合比设计中最核心的参数之一，它直接决定了浆体的工作性、硬化后的孔隙率、强度与耐久性。水泥水化本质是水泥矿物与水发生的放热化学反应，水灰比通过改变水泥颗粒的初始间距、离子的溶解与迁移速率以及水化产物的成核生长空间，显著改变水化热释放规律。

传统研究水灰比对水化热影响的方法（如溶解热法）存在操作复杂、无法实时监测、难以同时对比多组水灰比数据等局限。多通道等温微量热仪凭借其高灵敏度、多样品并行检测、精确控制恒温环境的优势，可同步记录不同水灰比下水泥水化的完整放热曲线，量化分析水灰比对水化诱导期、放热峰值等关键参数的影响，为混凝土配合比优化、水化进程调控通过科学依据。

仪器介绍

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环境因素造成的热流基线扰动。

MIC-90多通道等温微量热仪的核心优势：

• 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。

应用案例——水灰比对水泥水化热行为的影响

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、去离子水

水灰比：0.4、0.45、0.5、0.6

实验温度：25℃

2.实验结果

图2 不同水灰比的水泥水化热流曲线

为探究水灰比的影响，本实验采用MIC-90多通道等温微量热仪连续监测了不同水灰比下同种水泥的水化过程，获得的热流曲线如图2所示。其中，水灰比0.4的样品组，放热峰出现时间早于其他三组。当水灰比在0.4至0.5范围内时，水灰比越大，放热峰峰值越大，同时水化放热量也越高。然而，当水灰比再次提高至0.6时，相较于水灰比0.5样品组，放热峰峰值与水化放热量略有降低。

表1不同水灰比的水泥水化热流数据

实验结果表明：对于该水泥样品，随着水灰比的增大（0.4-0.6范围内），放热峰峰值和水化放热量表现出先升高后降低的趋势。因此，水化热曲线可作为水灰比优化的直接指标，若放热峰值过高，可以通过降低水灰比确保其水化进程与施工、养护需求匹配。