謝雨珊

(海南公路工程公司)

1 EDTA滴定法的定義以及主要化學(xué)原理概述

EDTA滴定法是在公路工程中用于快速檢定水泥穩(wěn)定碎石基層中水泥劑量的化學(xué)方法。EDTA又稱乙二胺四乙酸，采用本方法檢測具有精確、嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)效、安全等效果，是目前在公路工程中應(yīng)用較為廣泛的化學(xué)檢定方法。EDTA滴定法可以隨時(shí)在施工現(xiàn)場中使用，可以為公路工程施工中水泥穩(wěn)定層的施工質(zhì)量控制以及管理提供切實(shí)依據(jù)，是一種非常有效而又快速的檢測方法，可以確保公路工程水泥穩(wěn)定層的施工質(zhì)量。

EDTA滴定法的主要化學(xué)原理:先用10%的NH4Cl弱酸溶出水泥穩(wěn)定材料中的Ca2+，再用EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液奪取Ca2+，通過測定EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量計(jì)算Ca2+含量，從而得出水泥的劑量。

2 EDTA滴定法在公路水泥穩(wěn)定層檢測中的實(shí)例應(yīng)用

以海南省中線?？谥镣筒咚俟饭こ蘃TGS-9標(biāo)為例，該公路穩(wěn)定層主要使用P·C 32.5水泥，其要求水泥穩(wěn)定土水泥劑量4.5%，由于水泥含量過高容易造成水化熱引起的裂縫，所以水泥劑量不宜超過5%，因此在施工過程中，水泥劑量的控制成為了關(guān)鍵。這也是為什么要對(duì)拌和水泥以及相應(yīng)的集料以EDTA滴定法進(jìn)行檢定。

2.1 準(zhǔn)備工作

在測定水泥劑量之前，首先，準(zhǔn)備好試驗(yàn)中需要的0.1 mol/m3乙二胺四乙酸二鈉(EDTA二鈉)標(biāo)準(zhǔn)溶液、10%氯化銨溶液、1.8%氫氧化鈉溶液和鈣紅指示劑;其次，通過擊實(shí)試驗(yàn)得出混合料的最大干密度為2.330 g/cm3和最佳含水量為6.3%，從而計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)曲線設(shè)計(jì)水泥劑量5個(gè)劑量檔，即0%、2%、4%、6%、8%所需的備料質(zhì)量，見表1。

表1 測定標(biāo)準(zhǔn)曲線、水泥劑量、集料用料表

2.2 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

在所制的標(biāo)準(zhǔn)曲線中，現(xiàn)場具備條件時(shí)已經(jīng)取消篩孔硬性要求。但是在此前的檢定中，要使用均勻的混合料，避免其影響實(shí)際檢定結(jié)果。

根據(jù)表1稱取試樣，每種水泥劑量準(zhǔn)備2組，將10組試樣放入10個(gè)大口聚乙烯桶內(nèi)，加入兩倍試樣質(zhì)量體積的10%氯化銨溶液均勻攪拌，時(shí)長5 min(每分鐘攪110～120次)，靜置10 min以上，直至溶液澄清。用移液管吸取上層清液10 ml，加入1.8%的氫氧化鈉溶液50 ml。加入起調(diào)節(jié)溶液的pH值作用的氫氧化鈉溶液，將溶液的pH值控制在12.5～13.0之間。然后加入鈣紅指示劑，搖勻，溶液呈玫瑰紅色。記錄滴定管中EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V1，然后用EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，邊滴定邊搖勻，并仔細(xì)觀察溶液的顏色;在溶液顏色變?yōu)樽仙珪r(shí)，放慢滴定速度，并搖勻;直到純藍(lán)色為終點(diǎn)，記錄滴定管中EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V2以ml計(jì)，精確讀至0.1 ml。計(jì)算V1-V2，即為EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量。對(duì)其它幾個(gè)盛樣器中的試樣，用同樣的方法進(jìn)行試驗(yàn)，并記錄各自的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量，見表2。以同一水泥劑量EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的平均值為縱坐標(biāo)，以水泥劑量百分比力橫坐標(biāo)制圖。兩者的關(guān)系應(yīng)是一根順滑的曲線，見圖1。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線EDTA結(jié)果

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3 現(xiàn)場滴定水泥劑量

在出料現(xiàn)場均勻取樣1 000 g，進(jìn)行滴定，獲得EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量，利用繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，確定混合料的水泥劑量。這樣可以即時(shí)控制現(xiàn)場的水泥用量，整理結(jié)果，允許重復(fù)性誤差均不大于5%。這樣既避免由于水泥劑量過多產(chǎn)生的基層開裂，也杜絕施工過程中的偷工減料。

3 EDTA滴定法應(yīng)用中影響因素

通過海南省中線海口至屯昌高速公路工程HTGS-9標(biāo)水泥穩(wěn)定碎石基層的水泥劑量檢測，結(jié)合長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐步總結(jié)出EDTA滴定法在應(yīng)用過程中影響因素，有以下幾點(diǎn)。

3.1 取樣方式的影響

水泥穩(wěn)定碎石基層中的混合料是由不同粒徑的集料組成，在施工出料現(xiàn)場，并非時(shí)刻保持均勻狀態(tài)。而在穩(wěn)定土中的水泥主要是附著在粒料表面，或單獨(dú)以細(xì)顆粒形式存在。且集中在比表面積較大的細(xì)顆粒表面的水泥占絕大部分，而附著于粗顆粒表面只有極少數(shù)。所以水泥在水泥穩(wěn)定土中不同粒徑部分含量差別很大，依據(jù)長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知水泥在粗顆粒中含量很少，其大部分集中在4.75 mm以下粒徑范圍的顆粒中。因此，取樣的均勻性在檢測過程中就顯得至關(guān)重要，均勻程度不同的樣品滴定值可能相差數(shù)倍，所以說取樣方式對(duì)滴定結(jié)果有著很大的影響。

因此，在取樣時(shí)必須由具有一定經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)人員嚴(yán)格的按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樣品用無銹的大面鋁平盤采用四分法取樣，進(jìn)行取樣時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量多選幾個(gè)具有代表性的取樣點(diǎn)，必須避免小范圍取樣，以盡量減小因?yàn)槿硬痪鴮?duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

3.2 齡期的影響

實(shí)踐證明，在不同的齡期測出的水泥劑量是不同的。隨著齡期的增長，游離鈣離子不斷減少，用初始的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的標(biāo)準(zhǔn)曲線確定的水泥劑量必然下降，這個(gè)變化過程大致可以分為以下三個(gè)階段:

(1)恒等區(qū):水泥穩(wěn)定土在終凝前(大致6～7 h)，EDTA滴定法測定的水泥劑量與實(shí)際水泥劑量相對(duì)誤差很小，在該段時(shí)間內(nèi)，EDTA滴定法測量的水泥劑量的準(zhǔn)確度很高。

(2)衰減區(qū):大致從水泥終凝時(shí)間后到水泥穩(wěn)定土標(biāo)準(zhǔn)齡期(7 d)，這段時(shí)間內(nèi)游離鈣離子急速減少，EDTA滴定法測量的水泥劑量隨著齡期的增加而減少。

(3)平穩(wěn)區(qū):齡期從第4 d開始，游離鈣離子浸出率趨于平緩，大致在25%左右。在終凝后7 d，EDTA滴定法測量的水泥劑量大約是水泥實(shí)際劑量的1/4。

因此，現(xiàn)場水泥劑量應(yīng)在拌合廠出料后第一時(shí)間進(jìn)行測定，如在施工過程中遇到問題耽擱了，不同齡期應(yīng)該用對(duì)應(yīng)齡期下EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的標(biāo)準(zhǔn)曲線，以此測出實(shí)際的水泥劑量。

3.3 化學(xué)試劑的影響

EDTA滴定法中用到三種化學(xué)溶液，一種指示劑。其中10%氯化銨溶液，極易揮發(fā)，特別是在夏天，最好在配置當(dāng)天使用完，以免影響精度。鈣紅指示劑在整個(gè)滴定試驗(yàn)中扮演著判官的角色，因此，控制好鈣紅指示劑的用量尤為關(guān)鍵，指示劑的量過大，終點(diǎn)藍(lán)色越深，由深紫色變?yōu)榧兯{(lán)色的界線不明顯，且會(huì)使變藍(lán)的溶液在擱置一段時(shí)間后又顯現(xiàn)出紫色來，滴定終點(diǎn)很難判斷;指示劑的量少了，顏色變化不明顯，容易滴定過量，所以指示劑一定要適量，質(zhì)量約為0.2 g。

3.4 試驗(yàn)操作的影響

在滴定過程中，雙手對(duì)滴定管和錐形瓶的控制是有嚴(yán)格要求的，滴定管的流速過快或者過慢、錐形瓶的搖晃力度大或小都影響到整個(gè)試驗(yàn)的精確度。通過實(shí)踐積累，總結(jié)出在搖晃錐形瓶過程中，用力稍重消耗的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液比用力稍輕消耗的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液少0.3 ml左右。因此，在滴定過程中，要嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程操作，保持前后操作一致，盡可能減小人為產(chǎn)生的誤差。

4 結(jié)束語

應(yīng)用EDTA滴定法可以隨時(shí)測定現(xiàn)場水泥穩(wěn)定層中水泥劑量和拌和料的拌和均勻程度，為水泥穩(wěn)定層的施工質(zhì)量管理提供了有效、快速的檢測方法，保證了水泥穩(wěn)定層的施工質(zhì)量。在公路工程施工過程中，要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，采用科學(xué)的檢定方法對(duì)施工結(jié)果進(jìn)行檢測，做好每一環(huán)節(jié)的工作，才能保證公路的質(zhì)量，延長公路的使用壽命。

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