權(quán)峰

摘要：質(zhì)量是工程的生命，試驗(yàn)檢測(cè)是工程質(zhì)量管理的重要手段。水泥劑量的測(cè)定是公路基層水泥穩(wěn)定土眾多檢測(cè)指標(biāo)中尤為重要的一項(xiàng)，根據(jù)JTG E51-2009中相關(guān)內(nèi)容，有EDTA滴定法和直讀式測(cè)鈣儀法兩種水泥劑量的測(cè)定方法。這兩種方法各有其特點(diǎn)，測(cè)鈣儀法的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、快速，EDTA容量滴定法在廣泛使用中發(fā)現(xiàn)它的操作方法還有進(jìn)一步提升、改進(jìn)的空間?，F(xiàn)對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析討論。通過(guò)在安哥拉K.K項(xiàng)目社區(qū)市政施工中的應(yīng)用，闡述了它們的基本原理和操作方法以及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析。

Abstract： Quality is the life of the project. Testing is an important means of project quality management. The determination of cement dosage is particularly important in many detection indicators for road base layer cement stabilized soil. According to the relevant content of JTG E51-2009， there are two cement dose determination methods： EDTA titration and direct-reading calcium measurement. The two methods have their own characteristics. The characteristics of the calcium meter method are simple and rapid. The EDTA volumetric titration method finds its operating method still has room for further improvement and improvement in extensive use. The two methods are now compared and analyzed. Through the application of the K.K project community municipal construction in Angola， their basic principles， operating methods， and comparative analysis of their advantages and disadvantages are described.

關(guān)鍵詞：直讀式測(cè)鈣儀法；EDTA絡(luò)合滴定法；水泥穩(wěn)定土；水泥劑量；優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

Key words： direct-reading calcium meter method；EDTA complexometric titration；cement stabilized soil；cement dosage；comparison of advantages and disadvantages

中圖分類號(hào)：TL374+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0268-03

1 直讀式測(cè)鈣儀法

1.1 適用范圍

直讀式測(cè)鈣儀法適用于細(xì)粒土、中粒土、粗粒土，且含水率在±2%變化時(shí)，不影響其檢測(cè)結(jié)果。

1.2 主要原理

水泥中的主要成份有C3S、C2S、C3A、C4AF及少量的石膏。當(dāng)加水后，C3S水化作用很快，水化過(guò)程中生成Ca（OH）2。C2S水化作用緩慢。有少量Ca（OH）2生成。（C3A和C4AF水化時(shí)不生成Ca（OH）2）。Ca（OH）2難溶于水，但在NH4Cl溶液中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它在水中的溶解度。因此，當(dāng)加入一定體積、一定濃度的NH4Cl溶液后，能夠很快使Ca（OH）2游離出Ca2+，游離出的Ca2+的數(shù)量與水泥劑量有密切關(guān)系。劑量越大，游離出的Ca2+就越多。鈣電極可將不同的Ca2+以電位的形式并通過(guò)多功能直讀式測(cè)鈣儀轉(zhuǎn)換成水泥的百分劑量直接在儀器上顯示出來(lái)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

標(biāo)準(zhǔn)溶液制備參照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》P21～P22。

1.4 測(cè)試前準(zhǔn)備

1.4.1 電極準(zhǔn)備

測(cè)試前24h，從套管中把內(nèi)參比電極取岀，然后向套管中滴入氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液（10-1mol/m3）15滴左右后將內(nèi)參比電極再次插入。在測(cè)試之前，應(yīng)將鈣電極一端（帶有薄膜）放在盛有氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液（10-2mol/m3）中浸泡2h活化電極。測(cè)試時(shí)取岀電極用蒸餾水沖洗并用軟紙吸干電極上水份即可。

查看甘汞電極內(nèi)液面與上部加液口是否相平，若甘汞電極內(nèi)液面低于液面時(shí)，需撥去加液口橡皮帽，然后用滴管將氯化鉀飽和溶液滴至與液口相平。檢測(cè)時(shí)將上端加液口和下端橡皮帽拔去用蒸餾水沖洗后再用軟紙吸干。

1.4.2 校準(zhǔn)溶液的制備

①水泥、集料準(zhǔn)備：取現(xiàn)場(chǎng)所用水泥過(guò)0.15mm篩，細(xì)粒土則使之通過(guò)2.5mm篩，篩下分別拌合均勻后備用。

②確定水泥穩(wěn)定土的最佳含水量。水泥穩(wěn)定土的最佳含水量與素土的最佳含水量沒(méi)有規(guī)律，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所用水泥穩(wěn)定土混合料的最佳含水量來(lái)推算3%和10%的水泥穩(wěn)定土（同一種素集料）的最佳含水量。

③計(jì)算3%、10%水泥穩(wěn)定土中水泥、集料及應(yīng)加水的質(zhì)量。

[注：濕混合料每個(gè)樣為300g]

水泥穩(wěn)定土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果為：最佳含水量W=6.9%；最大干密度ρ=2.09g/cm3。

集料均為烘干集料且過(guò)2mm篩孔的土工篩，計(jì)算3%和10%水泥穩(wěn)定土中水泥、土和水的質(zhì)量見表1。

④水泥標(biāo)準(zhǔn)劑量浸提液的制備。

用電子天平準(zhǔn)確分別稱取己備好的土樣和水泥樣，將2個(gè)水泥摻量的土和水泥樣品分別放入120ml的搪瓷杯中，充分混合使其均勻。用量筒（或刻度吸管）加入計(jì)算出的水量，拌勻，再用量筒加入10%NH4Cl溶液600ml，用不銹鋼棒拌2min，保持每分鐘120次±5次。靜置4mim后將上部清液倒入干燥、潔凈的500ml具塞三角瓶中，搖勻，瓶外加貼標(biāo)簽，寫明水泥品種、集料類型及配制日期，供以后標(biāo)定使用。當(dāng)水泥、集料和水質(zhì)相同時(shí)，制備的3%和10%水泥校準(zhǔn)溶液可連續(xù)使用一周。若其中有一項(xiàng)有變化，必須重新配制，并用它校準(zhǔn)儀器。

1.4.3 儀器校準(zhǔn)

已活化的鈣電極從0.01mol氯化鈣溶液中取出，清水沖洗后用軟紙吸干電極上的水分，甘汞電極拔去上下2個(gè)橡皮套，將鈣電極和甘汞電極夾在電極夾上。鈣電極插頭插入儀器后面的“鈣電極”插孔，推入至自動(dòng)鎖住電極插頭。甘汞電極的接頭連接在后面板上的“甘汞電極”接頭上。

將制備好的3%、10%的校準(zhǔn)溶液分別倒出30ml于干燥、潔凈的50ml燒杯中，加入攪拌子，先將3%校準(zhǔn)溶液置于儀器頂部的“燒杯位置”。將儀器的“工作選擇”開關(guān)置于“mv”，“自動(dòng)/手動(dòng)”開關(guān)按向“手動(dòng)”。按一下“啟動(dòng)”按鈕，“攪拌”指示燈亮，溶液攪拌，將鈣電極和甘汞電極浸入溶液，此時(shí)可調(diào)節(jié)“校準(zhǔn)1”使儀器顯示0.00。

下面開始校準(zhǔn)儀器，將儀器的“工作選擇”開關(guān)置于“C1”，“自動(dòng)/手動(dòng)”開關(guān)按向“自動(dòng)”，若儀器正處于攪拌狀態(tài)，待攪拌停止后按一下“啟動(dòng)”按鈕，“攪拌”指示燈亮，溶液開始攪拌，待“攪拌”指示燈滅。攪拌停止，調(diào)節(jié)“校準(zhǔn)1”使儀器顯示3.0。待“鎖定”指示燈亮，顯示數(shù)字被“鎖住”。將電極從3%溶液取出，取下3%校準(zhǔn)溶液，清水沖洗電極，用軟紙吸干電極上的水分，換上10%校準(zhǔn)溶液。按一下“啟動(dòng)”按鈕，“攪拌”指示燈亮，溶液開始攪拌，將鈣電極和甘汞電極浸入溶液，待“攪拌”指示燈滅。攪拌停止，調(diào)節(jié)“校準(zhǔn)2”使儀器顯示10.0。待“鎖定”指示燈亮，顯示數(shù)字被“鎖住”。取下電極，取下10%校準(zhǔn)溶液，清水沖洗電極并用軟紙吸干電極上的水分。

重復(fù)3%和10%的2個(gè)校準(zhǔn)溶液中校準(zhǔn)2～3次使電極在2個(gè)溶液中時(shí)儀器自動(dòng)準(zhǔn)確顯示3.0和10.0。

1.5 測(cè)定水泥劑量測(cè)定

將已活化的鈣電極和甘汞電極從標(biāo)準(zhǔn)溶液中提起，取下校準(zhǔn)溶液，清水沖洗電極并用軟紙吸干電極上的水分。

將制備好的待測(cè)水泥樣品溶液用移液管移至到50ml干燥、潔凈的燒杯中，加入一只攪拌子并放置到儀器頂部 “燒杯位置”。按下“啟動(dòng)”鍵，開始攪拌，“攪拌”指示燈亮，然后將鈣電極和甘汞電極插入待測(cè)溶液，待攪拌停止后，當(dāng)攪拌指示燈熄滅，再等至“鎖定”紅燈亮起后，儀器顯示的數(shù)值即為該樣品的水泥劑量，記錄該數(shù)值。

按上述操作對(duì)樣品進(jìn)行第二次測(cè)量，取兩次測(cè)量結(jié)果的平均值作為該樣品的測(cè)量值。

2 EDTA絡(luò)合滴定法

2.1 適用范圍

EDTA滴定法適用于細(xì)粒土、中粒土、粗粒土，且含水率在±2%變化時(shí)，不影響其檢測(cè)結(jié)果。

2.2 主要原理

水泥的主要成份為CaO，檢測(cè)一定量水泥穩(wěn)土中Ca離子相對(duì)含量從而計(jì)算岀一定量水泥穩(wěn)定土中的水泥劑量。Ca2+與鈣紅指示劑易形成絡(luò)合物，EDTA能從絡(luò)合物中奪取Ca2+，鈣紅Ca2+結(jié)合物與鈣紅指示劑顏色有明顯區(qū)別。根據(jù)顏色突變可判定滴定終點(diǎn)，根據(jù)EDTA消耗量可換算出Ca2+濃度，由此可推算出水泥百分比劑量。

2.3 主要操作流程

2.3.1 提取鈣離子

將水泥穩(wěn)定土拌合料進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，再將稱量好的拌合料裝搪瓷瓶，把10%NH4Cl溶液倒入，充分?jǐn)嚢?min后、靜止沉淀約5min后，便可以把浸取的Ca2+溶液（上層清液）移至燒杯，等待檢測(cè)。

2.3.2 待測(cè)溶液PH值的調(diào)節(jié)及干擾成分的掩蔽

因?yàn)榇郎y(cè)溶液中含有許多干擾離子（如Fe3+、Al3+、Mn2+、Mg2+等），而這些干擾離子能夠與指示劑產(chǎn)生反應(yīng)從而形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。使到達(dá)滴定終點(diǎn)但是不發(fā)生顏色突變。為了消除這些干擾，首先要提前進(jìn)行干擾離子分離或掩蔽。

將1.8%NaOH（內(nèi)含三乙醇胺）溶液加入至待測(cè)溶液，三乙醇胺能把上述干擾離子掩蔽，從而達(dá)到了消除封閉，讓滴定分析能夠順利進(jìn)行。

2.3.3 判定滳定終點(diǎn)

鈣紅指示劑遇到水溶液里的Ca2+時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)從而形成鈣紅，Ca2+結(jié)合物呈現(xiàn)為瑰紅色。再把EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入溶液中，當(dāng)所有Ca2+被EDTA奪取，溶液顏色從玫瑰紅突變?yōu)樗{(lán)色，則表示此時(shí)達(dá)到滳定終點(diǎn)。

當(dāng)臨近滴定終點(diǎn)時(shí)，要注意放慢速度，以確保準(zhǔn)確性，從而減少人為誤差。可以根據(jù)EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量與溶液中的Ca2+含量成正比關(guān)系計(jì)算出水泥劑量。

2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

參照配合比：水泥：素土=6：100（外摻法）

水泥穩(wěn)定土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果為：最佳含水量W=6.9%；最大干密度ρ=2.09g/cm3。

集料均為烘干集料且過(guò)2mm篩孔的土工篩，并拌制均勻。標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定用料情況詳見表2，EDTA滴定結(jié)果詳見表3，繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線詳見圖1。

2.3.5 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖時(shí)，所有使用的素集料均為可過(guò)2mm土工篩的均勻混合料。但是在具體施工現(xiàn)場(chǎng)中，差異較大。因此，應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽素集料，按相同的水泥劑量值設(shè)計(jì)，再查EDTA曲線，求出相同水泥劑量，再用線性統(tǒng)計(jì)理論來(lái)計(jì)算出相應(yīng)的水泥劑量，再與原設(shè)計(jì)的水泥劑量比較，從而來(lái)判讀所用的標(biāo)準(zhǔn)曲線是否準(zhǔn)確。

檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線試驗(yàn)方法與測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線相同。結(jié)果如表4和表5。

結(jié)果表明：EDTA曲線法測(cè)定的精度水泥劑量4%時(shí)低于6%時(shí)。當(dāng)水泥劑量小于5%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線基本呈線性，當(dāng)水泥劑量大于等于5%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線近似拋物線。

3 直讀式測(cè)鈣儀法與EDTA絡(luò)合滴定法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

直讀式測(cè)鈣儀法與EDTA絡(luò)合滴定法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析見表6。

直讀式測(cè)鈣儀與EDTA滴定法的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表7。

上述對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩種測(cè)定方法的精度和準(zhǔn)確性基本一致，浸提液的制備過(guò)程是相同的。對(duì)浸提液進(jìn)行劑量測(cè)定時(shí)，直讀式測(cè)鈣儀法更簡(jiǎn)單，直讀式測(cè)鈣儀法避免了EDTA滴定法判斷何時(shí)達(dá)到終點(diǎn)的困難，減少人為誤差。

4 結(jié)論

①EDTA滴定法測(cè)定水泥穩(wěn)定土水泥劑量，穩(wěn)定性、一致性和準(zhǔn)確性良好，均在土工試驗(yàn)誤差允許范圍之內(nèi)。但是水泥劑量<5%時(shí)精度不如≥5%時(shí)高。②試驗(yàn)中每個(gè)環(huán)節(jié)都影響著EDTA法標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性，但浸取水泥穩(wěn)定土中的鈣離子后，不受測(cè)定時(shí)間（15天之內(nèi)）的限制。③水泥中所含的硅酸會(huì)影響EDTA法滴定的結(jié)果，試驗(yàn)人員要在試驗(yàn)過(guò)程中采取一定的方法分離該物質(zhì)，從而更有效地保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。④滴定過(guò)程中應(yīng)采用NH3-NH4Cl緩沖溶液與實(shí)際測(cè)定時(shí)的濃度一致，這是保證標(biāo)準(zhǔn)曲線的適用性的必要條件。⑤EDTA滴定法較直讀式測(cè)鈣儀法操作繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大；直讀式測(cè)鈣儀法較EDTA滴定法快速；兩種方法精度一致（均能精確到0.1%），低水泥劑量設(shè)計(jì)值測(cè)定時(shí)不如在直讀式測(cè)鈣儀準(zhǔn)確，EDTA法可能由于人為因素導(dǎo)致誤差的可能性較大；直讀式測(cè)鈣儀法一次性投入較大，EDTA滴定法使用過(guò)程成本較高。

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