浅谈无水乙醇替代无水煤油测定水泥密度试验

王俊烨

（内江师范学院， 四川 内江 641100）

0 前言

建筑材料试验是土木工程学生必修课之一，着重于理论知识之外，锻炼学生的实践能力与动手能力，土木工程的施工现场工作对学生动手能力要求很高，现场施工中动手能力的起源，就来自于这些基础试验，从不断的试验中锻炼自己，正是接轨施工的最佳方法。

水泥密度试验是建筑材料基本性质试验之一，也是建筑材料试验入门试验，简单方便，易于入手，从建筑材料最基本，最重要的组成部分水泥开始，由易入难，初步接触了解水泥以及一些试验仪器，为接下来的试验做好准备。水泥密度试验经过多年的反复试验，在试验步骤，操作技艺，试验仪器上都已经达到很高的地步，无需革新，但在试验溶剂上，出现了诸多问题，亟待改进。

1 替代溶剂的思考

1.1 传统溶剂无水煤油的弊端

无水煤油是水泥密度试验使用的传统溶剂，作为传统使用的无机溶剂，无水煤油有着作为传统有机溶剂的优势，常温下呈液态，不与水泥反应，容易获取，可重复使用等。

但同比来说，无水煤油有很多弊端存在。易燃，易爆，有毒，在使用时容易有安全隐患。其次，无水煤油造价同比来说不低，每一次试验用量不少，不利于推广开来让学生大量试验，反复试验来练手。虽然无水煤油可回收反复利用，但一般高校实验室不具备回收无水煤油的条件和技术，只能将使用过的无水煤油倒掉，无法循环使用，造成大量浪费。并且无水煤油不溶于水，难以用水稀释，直接倒掉会造成一定的安全隐患，容易造成误触中毒或为消防安全埋下祸根，并且不经处理的煤油会造成一定程度的环境污染。所以，无水煤油作为无机溶剂来说，有改革的必要。

1.2 替代溶剂方案的思考

水泥密度试验里，溶剂是进行水泥密度试验的根本，没有合适的溶剂，就无法进行试验，故而选择合适的溶剂尤为重要，替代溶剂，必须符合相应的条件。

一般来说，水作为最普遍，最廉价，最安全可靠的溶剂，一直是备受各种试验青睐，成为运用最广泛的无机溶剂。但由于水泥的特殊性，它是会与水在空气中发生化学反应的水硬性无机胶凝材料，反应之后成分改变，无法测得水泥密度，所以水这种无机溶剂被首先排除在外。

有了水的考虑，可以看出，在溶剂的选择上有个根本问题，那就是选择的溶剂不能与水泥发生化学反应，满足这个条件之后，才能考虑溶剂的其他性能。

常见无机溶剂，如液氨，液态二氧化碳，硫酸等等，要么挥发性极强，常温下操作将严重影响试验准确性，要么为酸碱，无水状态下呈晶体，同时依旧会与水泥发生化学反应，根本无法使用。同时这些无机溶剂安全隐患比无水煤油更大，所以暂不考虑无机溶剂，考虑使用有机溶剂进行替代实验。

在有机溶剂中，常见的有机溶剂有苯，甲苯，乙醇，乙醚等等，考虑甲苯，乙醚等成本高昂，不易获取，且毒性比无水煤油更强，又不溶于水，无法稀释，使用后不能随便处理，暂不考虑。综合考虑，选择乙醇作为替代溶剂。

乙醇俗称酒精，是生活中常见的有机溶剂之一，容易获取，成本低廉，并且乙醇的毒性及麻痹性远小于甲苯、乙醚，乙醇能与水以任意比互溶，易稀释，用水处理之后，容易处理，不会造成环境污染，虽然还是有一些有机溶剂的一般问题存在，但相对来说，无水乙醇更为合理适用。综合考虑，初步选择无水乙醇作为替代溶剂。

2 对比试验

2.1 试验准备

将待测水泥放入研钵破碎、磨细，取出后通过0.9mm方孔筛筛选，筛毕后放入烘干箱，调温至100℃，烘干至恒重后放入干燥器冷却至室温待用。取出密封良好的无水煤油与无水乙醇各500mL备用。

取出天平一台，李氏瓶两个，分别标记为无水煤油用与无水乙醇用，漏斗两个，小勺两把，胶头滴管两个，小铁盒两个，分别置于两个李氏瓶旁备用，并使实验仪器保持干燥。

2.2 试验操作

使用天平称取干燥水泥两份，每份 500g，置于两个小铁盒中，一份以无水煤油为溶剂，记为m1，一份以无水乙醇为溶剂，记为ma。

取出两个李氏瓶，开始试验。打开无水煤油与无水乙醇密封，分别在两个李氏瓶中注入无水煤油与无水乙醇至李氏瓶刻度0～1mL之间，放在恒温水槽中30min至恒温，记录无水煤油李氏瓶刻度为V1，无水乙醇李氏瓶刻度为Va。放好李氏瓶，用勺子及漏斗向其中缓缓加入水泥，随着水泥加入，李氏瓶液面上升，直到液面上升到20mL或高于20mL的刻度而止。分别轻轻摇晃旋转两个李氏瓶，排出其中气泡，并以李氏瓶中无水煤油和无水乙醇将粘附在李氏瓶瓶颈的水泥洗入无水煤油或无水乙醇中，再置于恒温水槽中，静置 30mim，准确记录液面刻度，其中无水煤油为V2，无水乙醇为Vb。而后用天平分别称取小铁盒中剩余水泥质量，未加入无水煤油的为m2，未加入无水乙醇的为mb。

2.3 注意事项

（1）注入无水煤油或无水乙醇时，不应使用玻璃棒等引导仪器，避免无水煤油或无水乙醇粘附在引导仪器上产生误差。注入时应缓缓注入，避免无水煤油或无水乙醇溅出造成误差，同时避免溅到皮肤上或眼睛里造成安全问题。同时，加入溶剂时，可用手倾倒，在李氏瓶底部时可加入稍快，临近瓶颈时，立即停止加入，改用胶头滴管滴定。李氏瓶瓶颈细长，加入一点溶剂上升幅度都会很大，一旦加入时超过0～1mL之外，整个试验将立即停止重来。

（2）加入水泥时，应使用勺子及漏斗缓缓加入，速度过快将造成漏斗管道堵塞，同时带入大量空气，造成试验数据误差。漏斗不宜插入过浅，过浅会造成水泥大量附着在瓶颈，造成堵塞。同时，完全插入的漏斗应随着液面上升缓缓上抽，避免液面上升与漏斗底部接触，带走部分溶剂造成误差，同时使水泥附着在漏斗底部造成堵塞，影响试验数据。同时，加入水泥之后应高于瓶颈高处刻度最低值多几毫米，以免在排出空气后液面回落，低于最低刻度时无法读数，造成重复工作，出现误差的可能性增加。

（3）摇晃李氏瓶时，应使用瓶塞塞住瓶口，避免溶剂液体洒出瓶外造成误差或出现安全事故。同时，应充分摇晃李氏瓶，尽量将溶剂内空气排尽，确保试验准确性。

（4）读数时，应屈蹲半身，使视线与瓶中溶剂凹液面最低处平齐，不应俯视或仰视，使读数出现偏差，造成误差。

（5）所有试验仪器在使用前应保持干燥，发现有水渍存在应及时烘干，以免影响试验准确性。

2.4 数据处理

根据密度公式与试验所得数据，得出结果如下表所示：

每种溶剂重复三次，取得无水煤油中水泥密度平均值为 3.08g/cm3，无水乙醇中水泥密度平均值为3.10g/cm3。

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2.5 数据分析

此次不同溶剂下的水泥密度试验，在相同实验条件下，只有溶剂不同，根据密度公式ρ=m/v,在无水煤油中测得水泥密度平均值为3.08g/cm3，在无水乙醇中测得水泥密度平均值为3.10g/cm3，误差均在0.02g/cm3之内，符合实验要求。

2.6 误差分析

在无水乙醇中测得水泥密度比在无水煤油中测得的水泥密度数值略大，经过三次反复试验，均是如此。由于试验条件相同，试验过程无操作问题产生的误差，考虑到无水乙醇沸点比无水煤油低，挥发性比无水煤油更强，同等条件下，相同的体积的无水乙醇挥发比无水煤油更快，造成无水乙醇体积略微减小，使无水乙醇中水泥密度略高于无水煤油中水泥密度，产生误差。

3 试验总结

通过三次反复试验，所得数据误差在0.02g/cm3之内，符合误差要求，试验结论真实可信。同时，对比试验误差也很小，考虑为无水乙醇挥发性高于无水煤油所致，需要进一步进行其他对比实验确认。本实验中所产生的实验误差证明，在一定条件下，无水乙醇替代无水煤油进行试验确有可行性。

4 可行性分析

通过试验可以看出，无水乙醇代替无水煤油进行水泥密度试验在一定条件下是可行的。在对比试验中可以发现，无水乙醇替代无水煤油，是有一定误差存在的，在精度要求较高的高精度实验中，这种误差是否会影响后续实验及是否符合某些要求，还需进一步实验，确认具体的误差所在。故而在高精度或者后续要求较高的后续实验中，无水乙醇是否能取代无水煤油成为水泥密度实验的溶剂，还需商榷，有待进一步实验确认。

在学校简单的基础实验教学中，无水乙醇替代无水煤油还是可行的。水泥密度试验只是一个初入门的引导试验，意在引导学生初识试验课程，初步了解建筑材料实验中最重要的一门材料——水泥，以便在之后的试验中可以知道水泥的一些基本性质，了解一些常见的实验仪器。建筑材料试验精度的要求较低，水泥密度试验也对后续试验无太大影响，故而在经济、适用、合理、安全等综合情况考虑下，使用无水乙醇替代无水煤油是确实可行的。

5 总结

利用无水乙醇替代无水煤油，可以让实验教学工作更加合理，利用无水乙醇廉价的便利，可以大力推广，让学生进行反复实验，深刻了解实验过程的同时让他们操作水平大幅提高，培养学生吃苦耐劳，锐意进取的精神，锻炼他们的动手能力，同时也可以使用一些少量无水煤油作为对比实验，让学生了解两种溶剂之间的不同，启发学生的求知欲，了解不同于书本的实验方法，拓宽视野。

同时，在使用无水乙醇替代无水煤油作为水泥密度试验溶剂之后，对于无水乙醇存在的安全问题同样要引起重视。无水乙醇虽然在安全性上优于无水煤油，但同样存在有机溶剂易燃易爆的通病，妥善保存至关重要。无水乙醇应密封完好储存在阴凉通风的库房中，避免阳光直射，远离火种火源甚至热源，库房温度不超过30℃。同时注意密封封存，避免挥发造成损失及带来安全隐患。备好消防灭火等工具。学生试验使用无水乙醇用量不大，尽量少量储藏多次购买以满足学生试验使用，避免大量储藏带来安全隐患。