一种利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的装置及方法
【专利摘要】一种利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的装置及方法，属于材料化工领域，装置由成型室、锌板电极、铜板电极、铜导线、电流测定记录仪和电极固定装置组成；铜板电极和锌板电极通过铜导线分别连接于电流测定记录仪的正极和负极上；电极固定装置包括电极插口、电极插口上缘和成型室覆盖面板。本发明提供的利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的装置和方法，从磷酸镁水泥内部结构形成的化学本质出发，通过原电池法，检测电流变化规律，通过监测电流变化的直观的方式测定磷酸镁水泥的凝结时间，操作方便，测试准确，节省时间，对于磷酸镁水泥研究技术，工程施工及推广应用具有重要意义。
【专利说明】-种利用原电池法测量磯酸镶水泥凝结时间的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料化工领域，特别涉及一种利用原电池法测定磯酸镇水泥时间的装 置和方法。
【背景技术】
[0002] 初凝时间是指从水泥加水揽拌到开始失去塑性的时间，而终凝时间是指从水泥加 水揽拌到完全失去塑性的时间。凝结时间的长短，对施工方法和工程进度有很大的影响，因 此需要进行凝结时间的测定，W检验水泥是否满足施工的要求。磯酸镇水泥（MPC)凝结时 间较快，早期强度高，化强度可达40MPa W上，主要用于公路、机场及灾后混凝±的快速修 补，其凝结时间的测定对工程应用有着重要意义。 现阶段，磯酸镇水泥凝结时间的测定方法主要依据娃酸盐水泥凝结时间测定方法，即 GB1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。采用维卡仪，从磯酸镇 水泥原材料混合物加水揽拌开始计时，到试针沉至距底板5mm± 1mm时所经历的时间为初 凝时间，用"min"表示。由于磯酸镇水泥凝结速度快，初凝时间和终凝时间相差较�。捎� 初凝时间对磯酸镇水泥的凝结过程进行表征。磯酸镇水泥凝结硬化快，采用维卡仪法测试 频繁，不容易捕捉到凝结时间点，测试完毕脱模较难，误差较大。另外，该方法是W娃酸盐水 泥为基�。琖水泥的流动状态和力学性能为判断依据的测定方法，其对磯酸镇水泥的适用 性并未得到验证。
[0003] 原电池为将化学能转化为电能的装置，在电解质溶液中负极失电子，被氧化，发生 氧化反应；正极得到电子，被还原，发生还原反应。负极聚集较多的正电荷，正极聚集较多 的负电荷。电子从负极(较活泼金属）流向正极(较不活泼金属或非金属)，形成电流。原 电池形成的条件；①两种活泼性不同的金属（或金属与非金属）作电极；⑤两电极插 入电解质溶液中；⑤形成闭合回路，其本质条件为负极能与电解质溶液中的某种成分发 生氧化还原反应。磯酸镇水泥粉末与水混合后，磯酸二氨馈在水中迅速溶解并离子化生 成NH/、H+和P0 43^氧化镇粉末受到水与氨离子的攻击后，颗粒表面溶解生成Mg2+，游离 出的Mg2+与NH 4+及P043-作用形成无定形的镇一磯酸馈盐络合物水化凝胶，最终主要产物 MgNH4P〇4 ? 6&0逐渐结晶析出。由于体系中氧化镇过剩，析出产物覆盖在氧化镇粒表面，形 成水化产物膜将氧化镇颗粒紧密连结成一体，整个体系逐渐凝结和硬化。在最初期，磯酸镇 水泥浆体成酸性，为电解质溶液，为本专利的实施提供了前提条件。磯酸盐在磯酸镇水泥浆 体中处于饱和状态，原电池法的电极反应不会影响磯酸镇水泥内部的水化历程和机理，因 此利用原电池法测定磯酸镇水泥具有可行性。
[0004] 专利CN200620119478. 7公开了一种自动测定水泥凝结时间的设备，包含圆模，采 用绝缘材料制成；一对电极，由导电材料制成，穿设在圆模上，并伸入圆模内与水泥浆体接 触；电性能测试仪表，连接各电极的输出端，W检测圆模内水泥浆体的电性能数值；信号采 集与转换装置，连接电性能测试仪表，采集水泥浆体的电性能数据，并将模拟信号转换为数 字信号；数据分析系统，其中预设有数据处理程序，接收信号采集与转换装置输出的电性能 数据并由内置的数据处理程序进行分析；显示装置，与数据分析系统连接，显示分析结果； 电源，为电极供电。
[000引专利200620119477. 2公开了一种用于电性能法测定水泥凝结时间的圆�：偷缂� 的联结结构。在圆模的两侧壁上相对设置有一对销孔，电极固定穿设在销孔中，且圆模W绝 缘材料制成。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的技术问题；针对现有技术的不足，克服现有技术测定磯酸镇水泥初 凝时间误差较大的缺陷，本专利提供一种利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置和 方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置，装置由成型室、锋板电极、铜板电 极、铜导线、电流测定记录仪和电极固定装置组成；铜板电极和锋板电极通过铜导线分别连 接于电流测定记录仪的正极和负极上；电极固定装置包括电极插口、电极插口上缘和成型 室覆盖面板；电极固定装置覆盖于成型室上方，成型室覆盖面板盖合在成型室之上；电极 插口和成型室覆盖面板垂直；锋板电极和铜板电极从电极插口插入到成型室内，锋板电极 和铜板电极的上缘与电极插口上缘重合，通过调整电极插口的高度来控制铜板电极和锋板 电极插入成型室的深度。
[0008] 作为优�。尚褪沂怯上鸾�、有机玻璃和陶瓷中的一种或几种制作而成。
[0009] 一种利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置测定磯酸镇水泥凝结时间的 方法，包括如下步骤： (1) 通过铜导线将锋板电极和铜板电极分别与电流测定记录仪的正极和负极连接，当 磯酸镇水泥加水揽拌时打开电流记录仪开始记录时间和电流； (2) 将磯酸镇水泥浆体揽拌均匀后，放置在JS-30型振动台振动30s，将电极固定装置 覆盖在成型室上方； (3) 将锋板电极和铜板电极通过电极固定装置上的电极插口嵌入到磯酸镇水泥浆体 中； (4) 初始锋板电极和磯酸镇水泥浆体接触面积较大，电流突然增大，随着反应产物在锋 板电极上沉积，电流变�。� (5) 当磯酸镇水泥浆体初凝时，电流测定记录仪所读电流突然增加，出现峰值，从磯酸 镇水泥加水揽拌到电流出现峰值时所经历的时间为磯酸镇水泥的凝结时间。
[0010] 作为优�。姘宓缂屯宓缂度氪壦嵴蛩嘟逯械纳疃任姘宓缂屯� 电极高度的1/4?3/4。
[0011] 更优地，锋板电极和铜板电极嵌入磯酸镇水泥浆体中的深度为锋板电极和铜板电 极高度的3/4。
[0012] 有益效果；本发明提供的利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置及方法， 是利用化学原电池的原理，事先通过铜导线将锋板电极和铜板电极分别与电流测定记录仪 的负极和正极连接，当磯酸镇水泥加水揽拌时打开电流记录仪开始记录时间和电流。将锋 板电极和铜板电极通过电极固定装置上方的电极插口嵌入到磯酸镇水泥浆体中，同时通过 电流测定记录仪测定和记录原电池产生的电流。
[0013] 磯酸镇水泥早期水化，内部溶液成酸性，能够和锋板电极发生化学反应，产生电 子，电子从锋板电极流向铜板电极，形成电流。初始锋板电极和磯酸镇水泥浆体接触面积较 大，电流突然增大，随反应产物在锋板电极上沉积，电流变�。坏贝壦嵴蛩嘟宄跄保� 应放热集中，加速反应进行，电流测定记录仪所读电流突然增加，出现峰值。从磯酸镇水泥 加水揽拌到电流出现峰值时所经历的时间为磯酸镇水泥的凝结时间。
[0014] 本发明提供一种利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置和方法，从磯酸镇 水泥内部结构形成的化学本质出发，通过原电池法，检测电流变化规律，通过监测电流变化 的直观的方式测定磯酸镇水泥的凝结时间，操作方便，测试准确，节省时间，对于磯酸镇水 泥研究技术，工程施工及推广应用具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置结的构示意图。
[001引图中；1、成型室；3、锋板电极；4、铜板电极；5、铜导线；6、电流测定记录仪；7、电 极固定装置。
[0017] 图2为本发明利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置中电极固定装置的 结构示意图。
[0018] 图中；7-1、电极的插入口；7-2、电极插入口上缘；7-3成型室覆盖面板。
[0019] 图3为电极固定装置的俯视图。
[0020] 图4为电极固定装置侧视图。
[0021] 图5为实施例1测定的磯酸镇水泥初凝时间的电流测定记录图。
[0022] 图6为实施例2测定的磯酸镇水泥初凝时间的电流测定记录图。
[0023] 图7为实施例3测定的磯酸镇水泥初凝时间的电流测定记录图。
[0024] 图8为实施例4测定的磯酸镇水泥初凝时间的电流测定记录图。
【具体实施方式】
[0025] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，该些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0026] 实施例1 一种利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的装置，如图1所示，装置由成型室1、锋 板电极3、铜板电极4、铜导线5、电流测定记录6和电极固定装置7组成；成型室1由有机 玻璃制作而成；铜板电极4和锋板电极3通过铜导线5分别连接于电流测定记录仪6的正 极和负极上； 图2为电极固定装置7的结构示意图，电极固定装置7包括电极插口 7-1、电极插口上 缘7-2和成型室覆盖面板7-3 ;图3和图4分别为电极固定装置7的俯视图和侧视图； 电极固定装置7覆盖于成型室1上方，成型室覆盖面板7-3盖合在成型室1之上；电极 插口 7-1和成型室覆盖面板7-3垂直；锋板电极3和铜板电极4从电极插口 7-1插入到成 型室1内，锋板电极3和铜板电极4的上缘与电极插口上缘7-2重合，通过电极插口 7-1的 高度来控制铜板电极4和锋板电极3插入成型室的深度。
[0027] 设计的磯酸镇水泥配合比，P:M=1 ;4, B/M=16%，W/ (P+M) =0. 2,将磯酸盐、氧化镇、 测砂放在高速揽拌机（自转285±10以111111，公转125±10以111111)中，揽拌2111111，或至均匀 为止。
[0028] 其中；P ;磯酸二氨馈的质量，（g) ;M ;氧化镇的质量，（g) ;W ;代表揽拌用水的质 量，（g) ;B ;缓凝剂(测砂）的质量，（g)。P:M ;磯酸二氨馈与氧化镇的质量比；W/ (P+M);水 胶比，即揽拌用水与磯酸二氨馈和氧化镇之和的比值；B/M ;测砂与氧化镇的比值。
[0029] 一种利用原电池法测量磯酸镇水泥凝结时间的方法，包括如下步骤： (1) 通过铜导线5将锋板电极3和铜板电极4分别与电流测定记录仪6的负极和正极 连接，当磯酸镇水泥加水揽拌时打开电流记录仪开始记录时间和电流； (2) 在磯酸镇水泥中加入揽拌用水，并开始计时，继续揽拌30s，形成磯酸镇水泥浆体， 并德筑在成型室1中，放置在JS-30型振动台振动30s，将电极固定装置7覆盖在成型室1 上方； (3) 将锋板电极3和铜板电极5通过电极固定装置7上的电极插口 7-1嵌入到磯酸镇 水泥浆体中，锋板电极3和铜板电极4的上缘与电极插口上缘7-2重合，电极插口 7-1的高 度为电极高度的1/4。； (4) 磯酸镇水泥早期水化，内部溶液成酸性，锋板电极3发生化学反应，电子从锋板电 极3流向铜板电极4，形成电流，初始锋板电极3和磯酸镇水泥浆体接触面积较大，电流突然 增大，随着反应产物在锋板电极3上沉积，电流变小； (5) 当磯酸镇水泥浆体初凝时，反应放热集中，加速反应进行，电流测定记录仪，6所读 电流突然增加，出现峰值，从磯酸镇水泥加水揽拌到电流出现峰值时所经历的时间为磯酸 镇水泥的凝结时间。
[0030] 图5为本【具体实施方式】测定的磯酸镇水泥初凝时间的电流测定记录图，峰值出现 在255s处，因此，磯酸镇水泥的初凝时间为255s。
[0031] 将测试结果和维卡仪法测试磯酸镇水泥初凝时间进行比较，如表1所示。
[0032] 表1磯酸镇水泥初凝时间的测定
【权利要求】
1. 一种利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的装置，其特征在于：装置由成型室 (1)、锌板电极（3)、铜板电极（4)、铜导线（5)、电流测定记录仪（6)和电极固定装置（7)组 成；铜板电极（4)和锌板电极（3)通过铜导线（5)分别连接于电流测定记录仪（6)的负极 和正极上；电极固定装置（7)包括电极插口（7-1)、电极插口上缘（7-2)和成型室覆盖面板 (7-3);电极固定装置（7)覆盖于成型室（1)上方，成型室覆盖面板（7-3)盖合在成型室（1) 之上；电极插口（7-1)和成型室覆盖面板（7-3)垂直；锌板电极（3)和铜板电极（4)从电极 插口（ 7-1)插入到成型室（1)内，锌板电极（3 )和铜板电极（4 )的上缘与电极插口上缘（7-2 ) 重合，通过电极插口（ 7-1)的高度来控制铜板电极（4 )和锌板电极（3 )插入成型室的深度。
2. 根据权利要求1所述的利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的装置，其特征在 于：成型室（1)是由橡胶、有机玻璃或陶瓷中的一种或几种制作而成。
3. -种根据权利要求1所述的利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的方法，其特征 在于，包括如下步骤： (1) 通过铜导线（5)将锌板电极（3)和铜板电极（4)分别与电流测定记录仪（6)的负极 和正极连接，当磷酸镁水泥加水搅拌时打开电流记录仪开始记录时间和电流； (2) 将磷酸镁水泥浆体搅拌均匀后，放置在JS-30型振动台振动30s，将电极固定装置 (7)覆盖在成型室（1)上方； (3) 将锌板电极（3)和铜板电极（4)通过电极固定装置（7)上的电极插口（7-1)嵌入到 磷酸镁水泥浆体中； (4) 初始锌板电极（3)和磷酸镁水泥浆体接触面积较大，电流突然增大，随着反应产物 在锌板电极（3)上沉积，电流变�。� (5 )当磷酸镁水泥楽体初凝时，电流测定记录仪（6 )所读电流突然增加，出现峰值，从磷 酸镁水泥加水搅拌到电流出现峰值时所经历的时间为磷酸镁水泥的凝结时间。
4. 根据权利要求3所述的利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的方法，其特征在 于：锌板电极（3)和铜板电极（4)嵌入磷酸镁水泥浆体中的深度为锌板电极（3)和铜板电极 (4)高度的 1/4~3/4。
5. 根据权利要求4所述的利用原电池法测量磷酸镁水泥凝结时间的方法，其特征在 于：锌板电极（3)和铜板电极（4)嵌入磷酸镁水泥浆体中的深度为锌板电极（3)和铜板电极 (4)高度的3/4。
【文档编号】G01N27/416GK104502433SQ201410826783
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】李中华, 李可可, 潘云峰, 张风臣, 苏超, 杨金良, 何辉, 李阳, 张承双, 冯伟, 肖稼凯 申请人:河海大学
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