改性石灰?guī)r礦粉中消石灰摻量的檢驗方法

紀洪杰，李居銅，孔珍珍，張愛勤

(1.威海市文登公路管理局，山東文登 264400；2.山東交通學院 山東省高校路面結構與材料重點實驗室，山東濟南 250357)

改性石灰?guī)r礦粉中消石灰摻量的檢驗方法

紀洪杰1，李居銅2，孔珍珍2，張愛勤2

(1.威海市文登公路管理局，山東文登 264400；2.山東交通學院 山東省高校路面結構與材料重點實驗室，山東濟南 250357)

借鑒公路工程EDTA測定石灰穩(wěn)定土中石灰劑量的原理，針對摻加消石灰粉改性的石灰?guī)r礦粉，提出一種適合檢驗其中消石灰摻量的修正方法。通過化學分析與計算確定，采用該方法檢測改性石灰?guī)r礦粉中的消石灰摻量時，試驗代表性取樣100 g，加入600 mL的氯化銨標準溶液才能將消石灰粉中的鈣離子全部溶出。消石灰摻量的檢測結果宜按礦料中消石灰的質(zhì)量分數(shù)計算，以便控制改性石灰?guī)r礦粉的生產(chǎn)質(zhì)量。

石灰?guī)r礦粉；EDTA；標準曲線；消石灰；摻量

威海市是魯東半島花崗巖分布的典型地區(qū)，石灰?guī)r原料缺乏且CaCO3含量較低。因此，當?shù)夭捎没◢弾r筑路時，為提高瀝青與花崗巖的黏附性，增強花崗巖瀝青混合料的抗水剝落能力，常在石灰?guī)r礦粉填料中摻加一定比例的生石灰粉或者消石灰粉[1-2]，通常采用后者。但由于該地區(qū)生產(chǎn)工藝與技術比較單一，造成礦粉中的消石灰粉摻量難以控制，質(zhì)量波動較大，致使該地區(qū)采用摻加消石灰粉改性石灰?guī)r礦粉的方法改善瀝青混合料水穩(wěn)定性的效果不夠理想[3-4]。為控制消石灰粉的生產(chǎn)質(zhì)量，保證對花崗巖瀝青路面水穩(wěn)性的改善效果，本研究探討了EDTA法檢測消石灰改性石灰?guī)r礦粉中消石灰摻量的適用性。

1 消石灰改性石灰?guī)r礦粉的應用現(xiàn)狀

花崗巖、砂巖、石英巖等酸性石料堅硬、致密、耐磨性強，骨架嵌擠作用充分，用于鋪筑瀝青路面的突出問題是SiO2含量高，與瀝青的粘附性差，修建路面的耐久性難以滿足設計要求。因此，使用時必須采取抗剝落措施。一般，除使用針入度較小的高稠度瀝青外，可同時采取用干燥的、細消石灰粉或生石灰粉、水泥作為填料的一部分或者摻加抗剝劑等改善方法。

摻加消石灰粉改善熱拌瀝青混合料的粘附性，在國內(nèi)外得到普遍認可：1)消石灰能降低集料表面電荷，降低其表面能而不與氫鍵結合，達到較好的水穩(wěn)性。2)消石灰可使集料表面活化，提高瀝青與其粘附力。3)消石灰可以提高瀝青自身粘性。4)消石灰能生成獨立的石灰石結晶質(zhì)，增強與瀝青的粘結。

文獻[5]中要求：當粗集料與瀝青的粘附性達不到要求時，應進行試驗確定消石灰粉的摻加劑量，因各地石質(zhì)不同，不宜照搬。一般，在瀝青混合料中加入摻量(礦質(zhì)混合料中消石灰的質(zhì)分數(shù)量)為1.5%～2.0%的消石灰代替礦粉，以便達到規(guī)范規(guī)定的有關水穩(wěn)性指標要求。為改善瀝青與花崗巖的粘附性，提高花崗巖瀝青路面的抗水損害能力，威海市常以消石灰替代部分石灰?guī)r礦粉的預拌方法進行施工，其控制摻量為2.0%[6]。采用干法摻加石灰粉是我國最常用的方法之一，即將石灰粉與礦粉預混為成品，再加入拌和樓，或將石灰粉和礦粉一起加入拌和樓，使其在拌和過程中均勻分散在瀝青混合料中。干法工藝簡單，成本較低，但改善效果有限，由于現(xiàn)行規(guī)范缺乏石灰摻加劑量的檢測方法，因而摻加數(shù)量和生產(chǎn)質(zhì)量較難控制。

2 消石灰摻量檢測方法的確定

對于控制礦粉中消石灰的摻加劑量，我國目前尚未制定相應的檢驗方法。為嚴格控制礦粉中消石灰粉的摻量，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，減少負面影響，借鑒文獻[7]水泥或石灰穩(wěn)定土中水泥或石灰劑量(土中水泥或石灰的質(zhì)量分數(shù))測定方法(EDTA滴定法)，優(yōu)化試驗設計，并通過試驗分析確定較為合理的檢驗石灰?guī)r礦粉中消石灰摻量的方法。

2.1檢測方法

EDTA滴定法適用于工地快速測定水泥和石灰等無機結合料穩(wěn)定土中的灰劑量，并可用以檢查混合料拌和的均勻性。其優(yōu)點是不受水泥和石灰穩(wěn)定土齡期(7 d以內(nèi))的影響，且簡便快速。

EDTA滴定法的原理是，先用質(zhì)量濃度為10%的NH4Cl弱酸溶出石灰(水泥)穩(wěn)定材料中的鈣離子，然后用EDTA二鈉標準溶液奪取鈣離子，繪制EDTA二鈉標準溶液的消耗量與相應的石灰(水泥)劑量的近似線性關系[8]。其化學反應方程式[9]為

Ca(OH)2+ 2NH4Cl → CaCl2+ 2NH3·H2O.

由試驗原理推測，檢測摻加消石灰粉改性石灰?guī)r礦粉中消石灰粉的摻量，可以通過鈣離子的含量確定，用EDTA二鈉標準溶液的消耗量來標定鈣離子。因此，選用EDTA滴定法確定礦粉中的消石灰摻量是完全可行的。

2.2試驗方案設計

表1 EDTA二鈉標準液滴定7種消石灰摻配的礦粉試驗結果

1)確定消石灰改性石灰?guī)r礦粉代表性試樣的量

取工地礦粉和消石灰粉試樣各100 g，用烘干法測定礦粉和消石灰粉中水的質(zhì)量分數(shù)分別為0.34%和0.22%。參照石灰穩(wěn)定土中石灰劑量的測定方法，每份混合料配制300 g。以消石灰粉和礦粉中實際水的質(zhì)量分數(shù)計算，配制消石灰粉摻量(按外摻法計)分別為0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%的7種比例進行實驗，測定結果見表1。

由表1可以看出，消石灰粉摻量為0～30%時，EDTA消耗量呈較明顯增長趨勢；消石灰粉摻量>30%時，EDTA消耗量緩慢增長，且增量變化很小。該現(xiàn)象顯然同消石灰摻量與EDTA體積消耗量呈正比的結論相矛盾，這說明僅簡單地借鑒此方法，配制300 g混合料試樣進行試驗，不適合消石灰改性礦粉的石灰摻量檢測。

采用化學方法分析導致上述現(xiàn)象的原因。EDTA滴定灰劑量試驗中需加入質(zhì)量濃度為10%氯化銨溶液600 mL以溶出試樣中的Ca2+，化學反應方程式為

Ca(OH)2+2NH4Cl→CaCl2+2NH3·H2O.

計算結果說明，消石灰摻量為60%時所需氯化銨溶液為1 625.3 mL。也就是說，當消石灰摻量為60%時，至少應加入1 625.3 mL的氯化銨溶液，才能將消石灰中的鈣離子全部溶出。可見，按照EDTA滴定灰劑量的方法，僅取用600 mL氯化銨溶液是不夠的，這是造成試驗結論與實際不符的主要原因。因此，要借鑒EDTA滴定法檢測消石灰改性石灰?guī)r礦粉中的石灰劑量，必須依照該試驗原理進行取樣修正。

考慮礦粉與消石灰粉均為細粒料，<0.075 mm顆粒的質(zhì)量均達80%以上，按照取樣原則，可減少代表性試樣的試驗數(shù)量。若將試驗試樣由300 g減少至100 g，則所需氯化銨溶液的體積約為542 mL。通常，石灰穩(wěn)定土中石灰劑量為8%～14%，文獻[7]中采用5種試樣，每種2個樣品，為溶出試樣中的Ca2+，在燒杯內(nèi)先加入質(zhì)量濃度為10%的氯化銨溶液600 mL。

若工地實際消石灰粉摻量達到70%時，按同樣的方法計算得出需要質(zhì)量濃度為10%的氯化銨溶液的體積為595 mL。

考慮試驗時需將消石灰粉中的Ca2+充分溶出，可以加入過量的氯化銨溶液，因此，對于100 g消石灰改性石灰?guī)r礦粉代表性試樣，按照文獻[7]的方法，加入600 mL質(zhì)量濃度為10%的氯化銨溶液進行絡合滴定試驗滿足要求。

2)試驗方法

試驗所需4種試劑分別為：濃度為0.1 mol/m3乙二胺四乙酸二鈉(簡稱EDTA二鈉)標準液、質(zhì)量濃度為10%的氯化銨(NH4Cl)溶液、質(zhì)量濃度為1.8%的氫氧化鈉(內(nèi)含三乙醇胺)溶液、鈣紅指示劑，按照規(guī)范規(guī)定的標準方法配制試劑。

3)繪制消石灰改性石灰?guī)r礦粉EDTA標準曲線

組配消石灰粉摻量分別為0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70% 8種消石灰改性石灰?guī)r礦粉，取100 g試樣進行滴定實驗。檢測步驟為：稱取9種試樣，每種平行取2個樣品，分別將試樣置于潔凈的燒杯中，并加入600 mL質(zhì)量濃度為10%的氯化銨溶液；按110～120次/min攪拌速率攪拌3 min，靜置沉淀，并將上部清液移至300 mL燒杯內(nèi)攪勻待測；用移液管吸取10 mL液體放入200 mL錐形瓶內(nèi)，加入500 mL質(zhì)量濃度為1.8%的氫氧化鈉(內(nèi)含三乙醇胺)溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為12.5～13.0，然后加入約0.2 g鈣紅指示劑，搖勻至溶劑呈玫瑰紅色；記錄滴定管中EDTA二鈉標準溶液初始體積V1，用EDTA二鈉標準溶液滴定，觀察并記錄溶液變至純藍色(終點)滴定管中EDTA二鈉標準溶液體積V2；計算EDTA二鈉標準溶液的消耗量。

滴定9種消石灰摻量的石灰?guī)r礦粉所消耗的EDTA二鈉標準液的試驗結果見表2。

表2 8種消石灰粉摻量的改性石灰?guī)r礦粉EDTA二鈉標準液滴定試驗結果

以消耗EDTA二鈉標準液的平均體積為縱坐標，消石灰粉摻量為橫坐標，繪制標準曲線如圖1。

圖1 消石灰改性石灰?guī)r礦粉EDTA標準曲線

3 試驗可靠性驗證

表3 現(xiàn)場取樣檢測結果

從工地取消石灰改性石灰?guī)r礦粉試樣，采取上述方法用EDTA二鈉標準溶液進行檢測，EDTA二鈉標準溶液滴定時的消耗量如表3所示。由表3知，EDTA二鈉標準溶液的消耗量為45.93 mL，對照查找標準曲線(圖1)，確定所對應的消石灰粉摻量為33%。按照密級配瀝青混凝土中，礦粉用量一般為礦質(zhì)混合料總量的5%換算，該消石灰摻量應為礦料總量的1.65%，滿足文獻[5]中消石灰摻量的基本要求。

4 結論

根據(jù)石灰穩(wěn)定土的灰劑量檢測原理，通過試驗分析探索出改性石灰?guī)r礦粉中消石灰摻量的檢測方法。結論如下：1)可以利用EDTA滴定法檢測石灰石礦粉中消石灰的摻量。2)與EDTA滴定石灰穩(wěn)定土中石灰劑量取樣300 g相比，檢測礦粉中消石灰摻量時的取樣應降低為100 g。3)按100 g濕混合料配制試樣，加入600 mL新配制的質(zhì)量濃度為10%的氯化銨溶液。4)將試驗確定的消石灰摻量換算成礦料中消石灰的質(zhì)量分數(shù)，以便依據(jù)標準進行質(zhì)量評定與控制。

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ResearchonTestMethodofLimeDosageofModifiedLimestonePowder

JIHong-jie1，LIJu-tong2，KONGZhen-zhen2，ZHANGAi-qin2

(1.WendengHighwayAdministrationofWeihaiCity,Wendeng264400,China;2.KeyLaboratoryofPavementStructureandMaterialsofShandongHigherInstitutions,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250357,China)

This paper uses the principle of EDTA titrating lime dosage in the lime stabilized soil of highway engineering and puts forward the modified method which is suitable to test the slaked lime dosage. Through the chemical analysis and calculation, all the calcium ions in the slaked lime can be dissolved by using the representative sample in which 100 g of the slaked lime is mixed with 600 mL of the ammonium chloride standard solution when the method is adopted to detect the lime dosage of modified limestone powder. The test result of slaked lime dosage should be calculated according to the quality percentage of the slaked lime of the aggregate in order to control the production quality of the modified limestone powder.

limestone powder, EDTA;standard curve;slaked lime;lime dosage

郎偉鋒)

2014-08-01

紀洪杰(1968—)，男，山東文登人，威海市文登公路管理局工程師，主要研究方向為道路與橋梁施工技術和試驗檢測.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.03.014

U414.103

A

1672-0032(2014)03-0066-05