水泥的各种矿物与水发生反应的过程中会释放大量的热。在冬季施工中水化热有助于混凝土的保温，以抵抗外界寒冷引起冰冻或阻碍水化的进行。但在大体积混凝土中，无论是绝对的放热量还是放热速度，对工程都有很大的影响。由于混凝土的导热能力很低，因此在大体积混凝土工程中，水泥水化所放的热量不能及时导出，导致混凝土内外形成较大的温差进而引起温度应力，从而造成混凝土开裂。因此，精准测试水泥的水化热对于保证大体积混凝土工程的质量尤为重要。

目前，国内外测试水泥水化热的标准方法主要有三种，分别为等温传导量热法、溶解热法和直接法。本文基于水化热测试结果的重复性及再现性，对比分析了这三种水化热测试方法的精确度。本文旨为水泥水化热的精确测量提供理论依据，为大体积混凝土工程的高质量完成提供技术支撑。

1.1　材料

（1）水泥：选取了四种不同类型的水泥，分别为混凝土外加剂检验专用基准水泥（P·I），42.5等级；四川嘉华锦屏特种水泥有限公司生产的中热硅酸盐水泥（P·MH）和低热硅酸盐水泥（P·LH），42.5等级；山西中条山新型建材有限公司生产的矿渣硅酸盐水泥（P·S·A），42.5等级。四种水泥的主要化学成分和基本物理力学性能分别见表1和表2。

表1　四种水泥主要化学成分%

表2　四种水泥的基本物理力学性能

（2）砂：符合GB/T 17671规定的粒度范围在（0.5~1.0）mm的中级砂。

1.2　实验室

采用等温传导量热法、溶解热法和直接法三种水化热测试方法分别在同一实验室进行重复性测试试验，在不同实验室进行再现性测试试验。试验方法按照GB/T 12959—2024《水泥水化热测定方法》进行。测试龄期分别为3 d和7 d。

水化热测试方法的精确度可通过同一实验室测定结果的重复性和不同实验室测定结果的再现性来评定。重复性和再现性的变异系数越小，相应测试方法的精确度越高。

2.1　三种测试方法的重复性

表3、图1~图2为采用三种测试方法分别对四种水泥在3 d和7 d水化龄期测定的水化热及其重复性。

图1　不同测试方法3 d重复性变异系数

由表3和图1~图2可见，在3 d龄期时所测重复性结果的变异系数平均值，等温传导量热法为0.63%；溶解热法为1.48%，直接法为1.65%；在7 d龄期时所测重复性结果的变异系数平均值，等温传导量热法为0.73%，溶解热法为1.45%，直接法为1.38%。这表明，在三种水化热测试方法中，等温传导量热法的重复性最高。

图2　不同测试方法7 d重复性变异系数

表3　三种测试方法的重复性

2.2　三种测试方法的再现性

表4、图3~图4为采用三种水化热测试方法后，四种水泥在3 d和7 d水化龄期的水化热值其及再现性变异系数。在3 d龄期时所测结果的变异系数平均值，等温传导量热法为5.48%，溶解热法为9.75%，直接法为12.6%；在7 d龄期时所测结果的变异系数平均值，等温传导量热法为5.15%，溶解热法为6.7%，直接法为11.8%。这表明，在三种水化热测试方法中，等温传导量热法的再现性最高。

图3　不同测试方法3 d再现性变异系数

表4　4种水泥的水化热再现性水化热值及其变异系数

2.3　不同水化热测试方法的精确度原因分析

等温传导量热法之所以测试精确度高于溶解热法和直接法，与其工作原理及仪器结构设置等密切相关。等温传导量热法采用等温量热仪测试，等温量热仪设置了测试和参比的双通道，这种设置通过在参比通道中放置与测试通道相同热容量的参比物质，可直接消除材料品种引入的误差以及随龄期延长自动化测定引入的误差；其次在工作原理上，该设备可保持环境的恒温及水化体的等温，该原理可消除样品池的散热系数引入的误差；而且该测试方法选择水泥净浆作为测试原料，这可降低多种材料处置引入的误差；最后该测试方法依据多频次采集的数据计算水化热值，可更精确地获得所测定水泥的水化热。综上，等温传导量热法通过上述技术措施保证了其测定结果的精确性。

图4　不同测试方法7 d再现性变异系数

相比而言，溶解热法和直接法在测定水泥水化热时引入了多种误差，这些误差来源主要包括样品组成、样品处置过程、热量计热容量的标定及热量计散热常数测定等。同一实验室同一试验人员重复性测定水泥水化热值时，样品处置过程、热量计热容量的测定、热量计散热常数测定等引入误差较小，而样品组成的均匀性引入的误差较大；而不同实验室不同人员再现性测定水泥水化热值时，上述四个因素因人员的操作熟练程度引入的误差较大。这也是溶解热法和直接法再现性测定水泥水化热的变异系数高于重复性测定水泥水化热的原因。

溶解热法是不连续测定，即水泥净浆成型后须养护到规定龄期，之后再对水化体进行二次研磨处理，该处理过程引入的误差要远远大于样品一次性处理且连续测定的等温传导量热法和直接法。直接法采用砂浆测定水泥的水化热值，其试验用水量由标准稠度用水量与加水系数组成。普通水泥标准稠度用水量是变动的，范围一般为0.22~0.30，由于同种水泥各个企业测定的标准稠度有所差异，并且加水系数0.5%主要补充砂子的吸水量，不同批次砂子的吸水能力也会存在误差，因此由试验用水量不同造成的误差较大；其次，直接法测定原理是半绝热温升法，该方法由于砂浆散热系数小，易造成砂浆内部热量不能及时释放，从而导致砂浆内部测定温升值虚高于实际温升值，进而影响其测定结果的精确性与准确性。

（1）在等温传导量热法、溶解热法、直接法三种水泥水化热测定方法中，等温传导量热法的精确度最高，溶解热法次之，直接法最低。

（2）等温传导量热法测试精确度高于溶解热法和直接法，与其工作原理、仪器结构设置、样品处置及热值计算等密切相关。

作者单位：中国建筑材料科学研究总院有限公司

文章来源：《水泥》杂志2025年第6期

编辑：黎凯

审核：王新频

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