3.6 Калібрування калориметра

1. Калібрування ізотермічного теплопровідного калориметра проводять згідно з методичними вказівками або інструкціями з експлуатації.

2. Калібрування повинне проводитись регулярно або при заміні деталей калориметра. Міжкалібрувальний інтервал визначається емпіричним шляхом. У випадку, коли калібрувальний коефіцієнт відрізняється від попереднього значення більш ніж на 2%, міжкалібрувальний інтервал необхідно зменшити.

3.7 Підготовка зразків

1. Перевіряють установлення теплової рівноваги в калориметрі за стабільністю базової лінії за кілька хвилин при температурі термостата 20±10 °С, якщо не встановлені інші вимоги.

2. Метод І. Застосовується при роздільному розташуванні цементу і води у вимірювальній комірці калориметра до досягнення теплової рівноваги, після чого проводиться їх змішування.

3.7.2.1 Зважують необхідну кількість цементу (0,5-2,0) г і води з точністю ±0,01 г при В/Ц = 0,4. Маса цементу і води залежить від конструкційних особливостей приладу.

2. Компоненти розміщують роздільно в завантажувальному пристрою калориметра. Завантажувальний пристрій повинен буди герметичним для запобігання випаровування води, яке може впливати на показання приладу.

3. Після стабілізації базової лінії змішують компоненти за допомогою маніпулятора. Перемішана суміш повинна бути гомогенною. Одночасно починають реєстрацію даних.

3.7.3 Метод II. Цемент з водою змішують за межами калориметра і потім завантажують у нього.

1. Компоненти витримують за температури 20±2 °С, якщо не потребуються інші температурні умови.

2. Проводять дозування компонентів аналогічно методу І.

3.7.3.3 Перемішують компоненти. Одночасно починають запис даних. Приготовлену пасту укладають у посудину, яка повинна бути герметичною для запобігання випаровування води.

3.7.3.4 Установлюють зразок у калориметр. Час перемішування та встановлення зразка в калориметр не повинен перевищувати 5 хв.

3.8 Розрахунок теплоти гідратації

3.8.1 Потужність теплоти гідратації P_t 1 г цементу у будь-який момент часу t є добуток показника напруги, яка була викликана внаслідок теплових ефектів при реакції гідратації цементу, і калібрувального коефіцієнту, поділений на масу цементу:

3.9 Представлення результатів

1. Калориметричні результати представляють у графічній (рисунок 4) і в табличній формі із зазначенням теплоти гідратації в 1, 2, 3 і 7 діб.

2. Графік потужності теплоти гідратації поділяють на два періоди: перший - 0-30 (0-60) хв, другий - від 30 (60) хв до завершення випробування. При застосуванні методу II, перший період не виділяють.

3. Результати теплоти гідратації повинні бути виражені в джоулях на грам цементу, округлені до найближчого цілого числа.

3.10 Точність

3.10.1 Повторюваність

Стандартний відхил повторюваності теплоти гідратації становить 5 Дж/г. Тому, два результати правильно проведених випробувань в одній і тій самій лабораторії на зразках одного і того ж цементу не повинні відрізнятися один від одного більше ніж на 14 Дж/г.

3.10.2 Відтворюваність

Стандартний відхил відтворюваності становить 15 Дж/г. Тому, два результати правильно проведених випробувань в одній і тій самій лабораторії на зразках одного і того ж цементу не повинні відрізнятися один від одного більше ніж на 42 Дж/г.

ДОДАТОК НА

(обов'язковий)

КАЛІБРУВАННЯ КАЛОРИМЕТРА

НА.1 Принцип

Метод калібрування полягає в заміні контейнера з розчином досліджуваного зразка в калориметрі, який буде відкалібрований, каліброваним циліндром (НА.2.4) еквівалентних розмірів. Для калібрування застосовується електричний сигнал, який подається через циліндр, що призводить до підвищення його температури. Потужність електричного сигналу прямо пропорційна збільшенню теплоти в калориметрі і втратам тепла в атмосферу. Визначення втрат тепла проводиться за величиною електричної потужності, необхідної для підтримки постійної температури. Визначення теплоємності виконується шляхом вимикання електроживлення і вимірювання швидкості падіння температури в калориметрі.

Примітка. Час, необхідний калориметру для досягнення теплової рівноваги (стійкий стан) становить не менше восьми днів. При переході від одного калібрування температури до іншого, із застосуванням нової вхідної напруги на резисторі терміналу, час, необхідний для досягнення нового стійкого стану становить приблизно шість днів.

НА.2 Апаратура та електроживлення

НА.2.1 Еталонний калориметр (2.4.2) повинен бути розташований приблизно в 120 мм від калориметра і бути відкаліброваним.

НА.2.2 DC вольтметр має точність ± 0,1 % і застосовується для вимірювань у діапазоні від 0 В до 100 В.

НА.2.3 Вимірювальний міст опору або омметр повинен мати точність ±0,2%.

НА.2.4 Калібрувальний циліндр (рисунок НА.1) складається з алюмінієвого сердечника, на якому намотаний резистор відомої величини, принаймні 2000із використанням матеріалу з високим питомим опором (наприклад, константановий провід діаметром 0,2 мм). У характеристиках алюмінію, який використовують для сердечника має бути позначено: EN AW 1080 згідно з EN 573-3:2009 (відповідає 99,8% алюмінію з теплоємністю 900 Дж/кг·К).

Активний сердечник за допомогою гвинтів укріплюється в корпусі з тими ж розмірами, що і контейнер для розчину (рисунок 1 і 2.4.4); сполучні дроти резистора повинні мати невелику площу поперечного перерізу (0,05 мм² максимум), щоб уникнути теплових втрат.

НА.2.5 Платиновий термометр опору, повинен бути обладнаний провідниками, що відповідають вимогам, викладеним у 2.4.3, для дротів, що проходять через пробку калориметра і мати точність ± 0,15 °С у діапазоні температур від 20 °С до 60 °С.

НА.2.6 Стабілізоване джерело живлення з напругою, що регулюється в межах від 2 В до 60 В; стабільність у залежності від навантаження ; стабільність у залежності від напруги мережі

НА.2.7 У лабораторії для випробувань повинні підтримуватися умови відповідно до 2.5.1.

НА.3 Процедура калібрування

НА.3.1 Визначення коефіцієнта повної втрати тепла а

НА.3.1.1 Процедура

Коефіцієнт повинен бути отриманий шляхом вимірювання в стаціонарних умовах:

а) теплоємності та теплоти, що виділяються за рахунок ефекту Джоуля при калібруванні циліндра (НА.2.4), розміщеного в калориметрі;

б) температури цього циліндра в залежності від температури інертного зразка вимірюваної в еталонному калориметрі розташованому поруч (НА.2.1).

При сталому режимі теплова рівновага, що досягається, виражається формулою:

Вимірювання швидкості втрати тепла повинні бути зроблені з точністю ±0,5 %. Так як залежність коефіцієнта від наближається до лінійної функції, то вона може бути визначена з необхідною точністю розрахунковим шляхом у п'яти точках у потрібному діапазоні температур під час випробувань (таблиця НА.1).

Примітка. Наприклад, вимірювання можуть бути апроксимовані для підвищення температури на 10 К, 17 К, 24 К, 31 К та 38 К.

Визначивши п'ять значень, калібрувальна крива може бути записана у вигляді рівняння:

де вільні члени а і b розраховуються методом найменших квадратів. Калібрувальні точки повинні наближатися до прямої лінії (якщо коефіцієнт лінійної кореляції менше 0,97 калібрування потрібно повторити). Коефіцієнт не повинен перевищувати 100 Дж/год·К при підвищенні температури на 20 К.

НА.3.1.2 Приклад розрахунку

Наступний приклад (таблиця НА.1 і формула НА.3) установлює порядок розрахунку:

Таблиця НА.1 - Вимірювання коефіцієнта повної втрати тепла а

Аналіз рівняння прямої лінії дає значення 63,0 для а та 0,216 для b з коефіцієнтом лінійної кореляції 0,99.

Значення коефіцієнта загальної втрати тепла для калориметра а для підвищення температури до 20 К, розраховується як (63 + 0216 х 20) = 67,3 Дж/год·К при коефіцієнті лінійної кореляції 0,99, отже, калібровка дійсна і калориметр відповідає експлуатаційним вимогам.

НА.3.2 Визначення теплоємності

НА.3.2.1 Процедура

Вимірювання теплоємності для порожнього калориметра здійснюється методом спонтанного охолодження. З цією метою калібрувальний циліндр повинен бути відключений від електропостачання після досягнення стійкого стану - стан для останньої точки калібрування при визначенні (НА.3.1). Визначення загальної теплоємності калориметра, що містить калібрувальні циліндри (НА.2.4) з відомою теплоємністю, має бути розраховано за теплоємністю порожнього калориметра

Теплоємність калібрувального циліндра повинна розраховуватися шляхом визначення маси та теплоємності окремих елементів, які складають циліндр.

Період охолодження повинен бути в межах від 22 год до 30 год.

НА.3.2.2 Приклад розрахунку

Наступний приклад (таблиця НА.2) установлює порядок розрахунку:

Таблиця НА.2 - Вимірювання теплоємності порожнього калориметра

За розрахунками теплоємність калібрувального циліндра склала 1852 Дж/К (НА.3.2.1). З наведених вище розрахунків середня теплоємність калориметра складає 384 Дж/К.

Початкове підвищення температури 38,82 К, а час вимірювання складає 28 год, отже, визначення відповідає вимогам дійсного калібрування.

ДОДАТОК НБ

(довідковий)

ПРИКЛАД ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ГІДРАТАЦІЇ

НБ.1 Загальні умови випробувань

Цемент, на якому були проведені випробування, СЕМ ІII/В класу 32,5 згідно з EN 197-1:2000. Температура в лабораторії 20,0 °С. Характеристики калориметра були:

• коефіцієнт загальних теплових втрат = 63,0 + 0,216Дж/год·К;

• теплоємність порожнього калориметра - 384 Дж/К.

НБ.2 Основні розрахунки

Загальна теплоємність калориметра з контейнером для розчину і розчину, в джоулях на кельвін (формула (4)), була розрахована за формулою:

НБ.3 Визначення результатів випробувань

У таблиці НБ.1 представлені сумарні результати для:

• часу вимірювання температури зразка та еталону;

• підвищення температури у вигляді різниці температур між зразком і еталоном;

• втрат тепла з калориметра;

• розрахункової теплоти гідратації протягом перших 24 год.

Таблиця НБ.1 - Розрахунок теплоти гідратації