巖棉酸度系數(shù)的測(cè)定方法

張亞濤

(安徽省(水利部淮河水利委員會(huì))水利科學(xué)研究院,安徽 蚌埠 233000)

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,建筑物的節(jié)能環(huán)保,以及由此引起的外墻保溫防火安全問題開始受到關(guān)注。國家安全部在2011年發(fā)布了【2011】65號(hào)文件,要求民用建筑外墻保溫材料必須使用A級(jí)不燃材料[1],然而,聚合物泡沫板存在易燃的安全隱患,無機(jī)保溫材料的施工工藝很難保證質(zhì)量,極易造成后期保溫層的開裂和脫落,巖棉依其不燃、降噪、保溫隔熱、防火無毒和原料豐富而成為廣受市場(chǎng)歡迎的建筑保溫材料之一[2,3]。

巖棉是以玄武巖或輝綠巖為主要原料,在熔融狀態(tài)下經(jīng)過噴吹、離心等工藝制成的一種人造無機(jī)纖維狀礦物棉[1,4]；礦渣棉是以礦渣為主要原材料。巖棉和礦渣棉同屬礦物棉,由于他們?cè)铣煞植煌?造成酸度系數(shù)(二氧化硅、三氧化二鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和與氧化鈣、氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和的比值,表征其酸堿特征)不同,礦渣棉的酸度系數(shù)一般在1.2左右,很難超過1.3,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,巖棉的酸度系數(shù)一般在1.5、1.6以上[5,6],但他們?cè)诶w維形態(tài)、導(dǎo)熱系數(shù)和不燃性等方面存在很多共同點(diǎn),酸度系數(shù)成為區(qū)分二者的重要指標(biāo)之一；另外,酸度系數(shù)與化學(xué)耐久性、抗拉強(qiáng)度、柔性和脆性,以及吸水性密切相關(guān),酸度系數(shù)越大,其纖維強(qiáng)度越大,堿金屬氧化物含量越低,其化學(xué)耐久性(巖棉耐粘結(jié)劑和抹面砂漿等堿性材料腐蝕性能)與抗水解能力越強(qiáng),熱穩(wěn)定性越好,環(huán)保功能越高(纖維不易斷裂和產(chǎn)生粉塵)[7-10]。因此,巖棉的酸度系數(shù)作為一項(xiàng)化學(xué)指標(biāo),越來越受到人們的重視。

李巍[1]等用X-射線熒光光譜法對(duì)巖棉的酸度系數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析,認(rèn)為該方法操作簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確度和精密度均符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求；并且2018年11月1日實(shí)施的《礦物棉及其制品試驗(yàn)方法》GB/T5480-2017中增加了電感耦合等離子發(fā)射光譜儀法進(jìn)行酸度系數(shù)測(cè)定,并規(guī)定此法為仲裁法。上述兩種方法,盡管在工作效率等方面有了很大提高,但是儀器設(shè)備都投入較大,且X-射線熒光光譜法試樣的基體效應(yīng)和光譜重疊干擾對(duì)結(jié)果影響很大,且很難消除。因此,上述兩種方法在現(xiàn)階段推廣需要一定的時(shí)間,而化學(xué)分析法盡管繁瑣耗時(shí),但試驗(yàn)室投入較小,對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的要求也相對(duì)不高,推廣容易,見效快,仍是現(xiàn)階段巖棉制品酸度系數(shù)檢測(cè)的主要方法。

1 新舊標(biāo)準(zhǔn)中酸度系數(shù)相關(guān)內(nèi)容的異同

《建筑外墻外保溫用巖棉制品》GB/T25975-2010中規(guī)定巖棉制品的酸度系數(shù)不小于1.6,試驗(yàn)方法按照GB/T5480進(jìn)行,現(xiàn)行的GB/T5480為《礦物棉及其制品試驗(yàn)方法》GB/T5480-2017,與GB/T5480-2008比較,關(guān)于酸度系數(shù)的改動(dòng)有：增加了一種測(cè)定三氧化二鋁、氧化鈣和氧化鎂含量的方法——電感耦合等離子發(fā)射光譜儀法,并規(guī)定此法為仲裁法。該方法大致內(nèi)容為：試樣經(jīng)高氯酸和氫氟酸分解,在鹽酸酸性溶液中,使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定三氧化二鋁、氧化鈣和氧化鎂含量。

表1 《礦物棉及其制品試驗(yàn)方法》新舊標(biāo)準(zhǔn)中 酸度系數(shù)相關(guān)內(nèi)容的異同

2 常規(guī)化學(xué)分析法測(cè)定巖棉制品的酸度系數(shù)

巖棉制品的酸度系數(shù)測(cè)定時(shí),二氧化硅含量的測(cè)定只有常規(guī)化學(xué)分析法。而三氧化二鋁、氧化鈣和氧化鎂含量的測(cè)定則有常規(guī)化學(xué)分析法和電感耦合等離子發(fā)射光譜儀法兩種方式。

2.1 二氧化硅含量的測(cè)定

一般采用“重量法——硅鉬藍(lán)分光光度法”進(jìn)行測(cè)定,基本過程為：先用碳酸鈉熔融試樣,然后用鹽酸浸出后蒸干,再用鹽酸溶解,過濾并將沉淀灼燒,接著用氫氟酸處理,其前后的質(zhì)量差即為沉淀的二氧化硅,濾液中的二氧化硅用硅鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定,二者相加得二氧化硅的含量。

GB/T1549-1994中的5.1與GB/T1549-2008中第6章中的區(qū)別見表2所示：

表2 《礦物棉及其制品試驗(yàn)方法》新舊標(biāo)準(zhǔn)中 二氧化硅含量測(cè)定方法異同

2.2 三氧化二鋁的測(cè)定

三氧化二鋁的常規(guī)化學(xué)測(cè)定法有：乙酸鋅反滴定法和硫酸銅反滴定法兩種方法。GB/T1549-1994中的5.5與GB/T1549-2008中第12章中的區(qū)別見表3所示：

表3 《礦物棉及其制品試驗(yàn)方法》新舊標(biāo)準(zhǔn)中 三氧化二鋁含量測(cè)定方法異同

2.3 氧化鈣的測(cè)定

對(duì)于氧化鈣的測(cè)定,GB/T1549-1994中的5.6與GB/T1549-2008中第13章中都有EDTA絡(luò)合滴定法,其方法可以概述為：在pH不小于12時(shí),鈣與EDTA定量生成穩(wěn)定的配合物,用三乙醇胺和鹽酸羥胺掩蔽鋁、鐵、鈦,以鈣黃綠素混合指示劑,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定氧化鈣的含量,GB/T1549-2008中第13章中添加了一種新方法“原子吸收分光光度(AAS)法”,但該方法需要添置大型儀器,并且需要有放置可燃性壓縮氣體的試驗(yàn)室環(huán)境,這就嚴(yán)重限制了其推廣使用,因此氧化鈣的測(cè)定現(xiàn)階段還是以EDTA絡(luò)合滴定法為主。

2.4 氧化鎂的測(cè)定

對(duì)于氧化鎂的測(cè)定,GB/T1549-1994中的5.7與GB/T1549-2008中第14章中都有EDTA絡(luò)合滴定法,其方法可以概述為：在pH=10時(shí),鎂、鈣和錳與EDTA定量生成穩(wěn)定的配合物,用三乙醇胺和鹽酸羥胺掩蔽鋁、鐵、鈦,以酸性鉻藍(lán)K-萘酚綠B混合指示劑,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定鎂、鈣、錳合量,差減后得氧化鎂含量。但兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在部分差別,并且GB/T1549-2008中第14章中添加了一種新方法“原子吸收分光光度(AAS)法”,但現(xiàn)階段還是以EDTA絡(luò)合滴定法為主(原因與2.3中相同)。

表4 《礦物棉及其制品試驗(yàn)方法》新舊標(biāo)準(zhǔn)中 氧化鎂含量測(cè)定方法異同

3 結(jié)論

盡管新規(guī)范中規(guī)定了“電感耦合等離子發(fā)射光譜儀法”為測(cè)定酸度系數(shù)中三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鎂三個(gè)參數(shù)的仲裁法,但常規(guī)化學(xué)分析法仍是我國現(xiàn)階段測(cè)定上述三個(gè)參數(shù)的主要方法；

GB/T5480-2008中測(cè)定酸度系數(shù)時(shí),必須測(cè)定的氧化物為：二氧化硅、總鐵(三氧化二鐵)、二氧化鈦、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鎂,GB/T5480-2017中測(cè)定酸度系數(shù)時(shí),必須測(cè)定的氧化物為：二氧化硅、總鐵(三氧化二鐵)、二氧化鈦、二氧化鋯、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鎂和氧化錳；

新標(biāo)準(zhǔn)比舊標(biāo)準(zhǔn)多測(cè)二氧化鋯和氧化鎂兩種氧化物；較于舊標(biāo)準(zhǔn),新標(biāo)準(zhǔn)在二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鎂含量測(cè)定時(shí)的誤差將更小,即采用新標(biāo)準(zhǔn)中方法測(cè)定出的酸度系數(shù)將更準(zhǔn)確。