水泥密度测定方法优化与评价
【摘 要】密度是水泥的一项重要物理属性。在测定水泥的比表面积时要用到水泥的密度值。由于水泥密度测定的精度对比表面积测定的影响很大，因此对水泥密度测定的原理、实验过程及误差产生的原因进行深入的分析， 对提高测定精度是很有意义的。
【关键词】水泥密度 测定 优化 评价
1 李氏瓶测定法介绍
在国家标准中要求将水泥倒入装有一定量液体介质的李氏瓶内，并使液体介质充分地浸透水泥颗粒。根据阿基米德定律，水泥的体积等于它所排开的液体体积，从而算出水泥单位体积的质量即为密度，为使测定的水泥不产生水化反应，液体介质采用无水煤油。
2 结合重量法的李氏瓶测定水泥密度
将水泥装入李氏瓶中，再加入一定质量M0的煤油，并使液体介质充分地浸透水泥颗粒。在充分排出水泥与煤油中的气体后，读取液面的刻度，即为水泥的体积。M0为注入李氏瓶零刻度处的煤油质量。
2.1李氏瓶的修正
在定量分析中， 为了消除由量器不准确所造成的系统误差， 保证分析结果的准确度， 必须对使用的量器进行校准， 剔除误差较大的量器， 对误差在一定范围内的量器， 测定出其校正值。实验室评审准则中规定检测实验室仪器在进行检测前都要送相应计量实验室进行校准后方可使用。但笔者发现用计量校准合格后的量器进行检测时， 测定结果也存在较大波动。因此，进行水泥密度测定的李氏瓶计量送检合格后也要进行实自校准， 通过自校准建立每个李氏瓶的校正值表， 每次测定水泥密度时， 都要采用校正值， 这样才能有效保证测定结果的稳定性和准确性。
2.2李氏瓶m0值的确定
（1）李氏瓶须要用盐酸充分清洗， 当水面下降或上升时与器壁接触形成正常弯月面， 水面之上器壁不应有挂水滴等沾污现象。将李氏瓶放入60℃烘箱中干燥，当完全去除表面水分后，将其和煤油放入控制好条件的实验室中（室温20±0.5℃）状态调节24h， 使两者的温度保持与室温一致。以下实验均在该实验室中操作。（2）称量状态调节后的李氏瓶，计m1。（3）使用漏斗伸入李氏瓶中，漏斗下端位于零刻度稍向上位置，缓慢加入煤油，尽量防止煤油飞溅到零刻度以上的瓶壁。当煤油接近零刻度时停止加入，静置10min，使用滴管逐滴添加到零刻度。（4）称量装入煤油后的李氏瓶，计m2。（5）装入李氏瓶中零刻度位置的
煤油质量m0=m2-m1。
2.3试验
2.3.1仪器
（1）天平，精度0.001g，量程500g。（2）李氏瓶，经过2.1的修正，2.2标定m0.。（3）煤油，（在室温20±0.5℃条件下，密度为 0.846g/cm3）符合GB253的要求。（4）恒温水槽，20±0.1℃。（5）长颈漏斗。
2.3.2实验室条件
实验室温度恒定在20±0.5℃。
2.3.3操作步骤
准确称取水泥60g，称准至0.001g。用小匙和长颈漏斗将水泥样品一点点的装入李氏瓶中。放入天平去皮，注入约150mL煤油反复摇动，排出气泡，再用超声波震动仪排出细小的气泡，至没有气泡排出（超声波震动会产生热量使煤油温度升高，使用时不易时间过长）。用滤纸擦净李氏瓶表面，放入天平缓慢注入煤油，（当天平示数接近该李氏瓶的m0时，应小心滴加煤油）直至天平示数为该李氏瓶的m0。将李氏瓶静置于恒温水槽中，20±0.1℃恒温30min。记下度数V读。
2.4按照2.1.6对结果进行校正V校=V读+a+（V读- A）·（b-a），
2.5计算
（1）水泥体积V校，即水泥所排开的无水煤油的体积（mL）。
（2）水泥密度ρ（g/cm3）按下式计算：
水泥密度ρ=水泥质量（g）/排开的体积（cm3）
结果计算到小数第三位，且取整数到0.01g/cm3，试验结果取两次测定结果的算术平均值，两次测定结果之差不得超过0.02g/cm3。
3 标准样品验证试验
我们选用了国家水泥质量监督检验中心生产的GSB 08-2184-2008“水泥细度和比表面积标准粉”密度：3.14g/cm3，分别对4种试样方法测定结果的准确度和重复性进行了验证，结果见表5。
从表中，我们可以看出重量法可以明显提高结果的准确性（由绝对误差提供
依据）和两次试验的重复性（由两次结果之差提供依据）并且试验时间也有明显缩短，但表5中没有记入标定李氏瓶的时间。
4 重量法不确定度分析
4.1经分析国标方法有以下6种误差来源
（1）标准法主要有李氏瓶未经严格标定而直接带来的体积偏差。（2）李氏瓶初始读数与最终读数中温度不一致引起的煤油密度变化带来的误差。（3）向李氏瓶中添加样品时有水泥损失或在振动时有煤油损失带来的误差。（4）水泥在煤油中扩散不充分或气泡排出不充分引起的误差。（5）两次读数时引起的误差。（6）天平称重引起的误差。
4.2 采用本文所述的重量法可以大大降低上述误差
（1）通过重量法替代第一次体积的读数可以减少读数引起的误差。（2）通过改变加样过程可以快速添加样品，使水泥样品在煤油中快速扩散，并且可大幅度地摇动李氏瓶，使气泡迅速排出，节省时间，降低操作难度。使用超声波震动，可以充分排出气泡，这样可以降低误差。（3）通过对每个李氏瓶做2.1所述的修正可以降低4.1中（1）的误差。
5 结语
水泥密度检验的原理比较简单，但简单不等于容易，需要实验者的细心和耐心地操作。通过本文介绍的方法可大幅度提高实验的准确性和效率，但是任何方法都有天然的方法误差，通过引入M0的，就必然引入了新的不确定因素。它还要求天平准确度要高，量程较大，稳定性要好。虽然笔者已对本方法进行了验证，但还需要大量的实验积累，和不同实验室进行比对才能验证本方法的稳定性和准确性。
参考文献：
[1] GB/T 208-1994 水泥密度测定方法.
[2] 邝国乾.李氏瓶法测定水泥密度的误差分析.广东：研究与探讨，1994.
[3] 杨永民.李氏瓶的实验室自校准与校正值的使用.北京：水泥，2008.10.
[4] 孟宪东，王锦凤，潘磊，姚立霞.水泥密度简易快速测定方法介绍.北京：水泥，2005.1.