近年来, 水泥稳定粒料类 (土) 已被广泛运用在高级路面的基层、底基层结构中。如水泥稳定砂砾、碎石, 级配砂砾、级配碎石等, 其剂量测定一般采取EDTA滴定法。灰剂量难以控制, 剂量大了, 会浪费水泥, 竣工后出现不规则的反射裂缝较多;要么剂量小, 强度不能满足要求, 出现早期破坏, 影响路面使用寿命。
本文试通过对水泥稳定粒料 (土) 中水泥剂量的测定原理和方法的剖析, 和广大同仁们共同探讨, 可以准确的控制水泥稳定粒料土中的水泥剂量, 使得试验数据更加准确, 达到服务于工程的目的。
1 EDTA滴定法测定水泥粒料中水泥剂量的反应原理
1.1 水泥的主要成份及反应过程
水泥的主要成份如下。
硅酸三钙3Ca·SiO2水泥中含量40%左右。
硅酸二钙2Ca·SiO2水泥中含量35%左右。
铝酸三钙3Ca·AL2O3在水泥中含量6%左右。
铁铝酸四钙4Ca·AL2O3.Fe2O3在水泥中含量10%左右。
硫酸钙CaSO4在水泥中含量4%左右。
水泥在加水与粒料搅拌后, 该成份与水发生强烈的水解和水化反应, 并形成各种水化物和氢氧化钙Ca (OH) 2。
将水泥加入粒料土中, 其胶结现象很象砼中水泥的胶结反应, 胶结作用主要靠硅酸钙及多种水化物与矿物质颗粒表面的结合, 其Ca (OH) 2则继续与其他氧化物反应生成新的水化物和Ca (OH) 2……因此, 水泥的强度形成过程持续时间较长。
1.2 EDTA滴定法的所用的试剂
(1) EDTA:一种常用的络合指示剂, 全称是“乙二胺四乙酸二钠”, 微溶于水。在配制标准液时, 需加热蒸馏水, 加热时有近似水开前的咯咯声, 这是EDTA结晶在溶解, 至到听不到声音时才全部溶解。此时应调节温度, 降低加温速度, 使水保持不出现微沸现象, 如果加温过快, EDTA结晶会在水微沸后仍未全部溶解的现象, 操作时应注意。 (2) 钙红指示剂:一种金属指示剂, 学名钙试剂羧酸钠, 又叫钙红、钙指示剂、钙羧酸指示剂等。 (3) 三乙醇胺:金属掩蔽剂。 (4) 氯化铵:强酸弱碱盐。 (5) 氢氧化钠:强碱。
1.3 EDTA滴定法的反应原理
EDTA滴定法测定水泥粒料土中水泥剂量, 实际是化学分析中的络合滴定法, 其反应过程即络合反应, 过程如下。
水泥稳定粒料土混合料加水搅拌后生成的各种水化物比较稳定, 而水泥剂量的大小与其生成的Ca (OH) 2的多少成正比。而氢氧化钙加氯化铵溶液后, 其浸提液加入氢氧化钠 (NaOH) , 溶液调PH值加入三乙醇胺 (C6H15NO3) 后, 再加钙红指示剂, 钙红则与浸提液中的钙离子Ca++生成红色络合物, 再加EDTA, EDTA也与浸体液中的Ca++结合生成比较稳定的无色的络合物。因此, 当在钙红存在的含Ca++的浸提液中滴入EDTA达到终点时, 过量的EDTA夺取红色络合物中的Ca++而使钙红游离, 于是溶液由红色转变成纯蓝色。
2 测定步骤
标准曲线配制。
应该指出的是EDTA滴定法虽属化学分析试验, 但在此我们不需要对其进行准确的定量分析, 而是采用与标准对比的方法间接求出实际工地的水泥剂量, 所以标准曲线配制及现场实测, 使用的各种材料、所用的时间、操作方法、试剂必须一致, 这一点很重要。试验员在进行该项试验时务必注意。
因为不同的水泥品种, 不同一产地的各种材料, 所具有材料成份差异很大, 都会严重影响滴定试验的结果, 进而影响定值的准确性;所以规范规定在材料发生变化时, 必须重新配制标准曲线。
(1) 准备工作:对计量器具进行校核, 对容器进行清洗, 建议最好用稀薄盐酸溶液清洗, 然后用清水冲洗, 因器皿使用一段时间, 其壁地会附着一层灰蒙蒙固体物。
(2) 确定剂量:选择比标准设计值大于、小于1~2各2个剂量标准, 按1%级差试配。
(3) 材料的用量及样品加工:配制标准曲线所用的原材料如砂砾、碎石等必须与工地一致, 按规范规定的取样方法及数量, 按四分法缩分至需要的数量, 粒径建议按≤2.5cm控制, 如粒径太大可先人工砸碎后再四分, 否则会影响准确性, 规范规定粗粒土取300g样品 (混合料) , 所以四分后的总样品最小重量应不小于1500g。分别计算出水泥剂量分别为4、5、6、7、8的各种材料重量, 为了与工地一致, 加水量应比最佳含水量多0.3%~0.5%。
(4) 加氯化胺600g浸提:应该提示的是:必须在1000L的瓷杯中用玻璃棒或不锈钢搅拌, 其搅拌的次数、方法、时间必须一致。
(5) 转移溶液时调pH值:左手握其△烧杯, 右手拿安有吸球的 (可用小洗耳球剪去下部) 的移液管, 把移液管伸入浸提液面下5mm~10mm, 因瓷杯不透明, 不易掌握, 可在移液管与杯口齐平位置做一记号, 吸取大于移液管刻度10mL浸提液, 尔后慢慢抽出移液管, 同时左手把△烧杯放置在瓷杯旁, 当移液管下口高于瓷杯时, 挤去多余的液, 准确吸取10mL, 马上移至△烧杯内挤出全部浸提液。加入混合溶液的量要准确, 且一定要用pH精密试纸或酸度计检测pH值使之在13~13.5之间。如加多了, pH值超过13.5要重新吸取浸提液, 重新调试。
(6) 加指示剂 (钙红) 并滴定:在调好pH值的标准液内加入适量钙红并轻轻摇荡3~5下, 此时溶液呈玫瑰红色, 加的多颜色会变得深一些, 而适当多加点终点易于辨认。尔后用EDTA滴定, 速度要均匀并同时用右手持盛有溶液的△烧杯边滴定边轻轻摇荡, 但切记不可让液体溅出, 也不能使液体在瓶里打转。接近终点时速度应尽可能慢些, 达到终点纯蓝色后再滴1~2滴 (实测中也一样) , 1min内溶液不再出现紫红色即为终点。
(7) 绘制标准曲线:因水泥剂量与消耗EDTA体积成正比例线性关系, 它们的曲线理论上应该是一条直线, 但由于增加的剂量在反应中不可能全被溶解掉, 所以直线就成为一条顺滑的曲线。在工地条件不具备的情况下, 各点往往不在一条直线上, 这时要通过各试验点的中间连线成顺滑的直线, 使各点与曲线的距离基本相等。
3 工地实测水泥剂量
(1) 取样:工地实测时建议在装好的运料车上取样, 样品自加水至试验的时间应与标准曲线配制时的时间一致。因此, 在配制标准曲线时混合料加水后, 不能马上加氯化铵浸提, 以保证试验的一致性。
(2) 根据所耗EDTA的数量 (毫升) 在标准曲线上即可查找出对应的水泥剂量。
4 结语
实践证明, 水泥剂量的大小对水泥稳定粒料的强度形成起着直接的作用。如测量不当, 将严重影响着路面的质量, 正确掌握水泥剂量的测定方法, 主要目的就在于确保路面基层、底基层的强度适当, 从而确保路面的质量, 提高公路的使用效果和使用年限。
摘要：本文介绍了高级路面基层、底基层水泥稳定粒料类水泥剂量的测定原理及步骤, 并提出了工地实际测定方法。
关键词：路面基层,水泥剂量,测定