关于应用EDTA滴定法测试混合料水泥含量的探讨

【前言】关于应用EDTA滴定法测试混合料水泥含量的探讨由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。EDTA滴定原理及简要步骤 自波特兰水泥出产至今，水泥的种类可谓是五花八门，但其阳离子以Ca2+为主。根据规范要求，一般选用乙二酸四乙酸钠盐（一般被习惯称为EDTA或EDTA二钠盐），20℃溶解度约为0.1g/100ml）作为滴定溶液。 根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程...

摘要：EDTA滴定试验法因其操作较为简单，实验成本较为低廉，已被规范作为快速测试混合料中的水泥剂量的试验方法，但因实验结果受外界因素较大，离散性较大，故对施工作业有一定的影响，本文通过相应实验，对取样，试验温度、拟合方式对其进行了简要探讨。

关键词：取样方式、试验温度、拟合方程

中图分类号：C35文献标识码： A

引言

众所周知，自改革开放至今，我国高速工程建设一直处于蓬勃发展阶段，无论是高速公路里程，还是道路建筑工艺都有着翻天覆地的变化。尤其近年对原二、三级等低等级公路改扩建工程的正在悄然兴起，自然而然，改扩建道路工程中面层反射裂缝的问题也越来越受到人们的关注。通过大量工程实践表明，道路面路面结构中的基层或底基层选择综合稳定土类材料（即以水泥和石灰为结合料稳定各类土和粒料)是公认减少上述问题的办法之一。[1]因水泥稳定碎石基层成本较为经济，强度易满足规范要求，所以被大范围的应用，而一些弊端也随之被发现：试验研究表明，水泥剂量偏低则整体性差，强度低；剂量偏高则易产生收缩裂缝，尤其当水泥剂量超过6.0%，水泥稳定基层有明显开裂的迹象。所以为了保证水泥稳定基层的工程性能，所以在其拌合、运输、摊铺过程中，需施工单位严格按照相关规范操作以保证其基层内的水泥剂量。现对于水泥稳定碎石基层内水泥剂量的测定，现行规范《试验规程》规定使用 edta 滴定法快速测定工地现场的混合料内的水泥剂量。

EDTA滴定原理及简要步骤

自波特兰水泥出产至今，水泥的种类可谓是五花八门，但其阳离子以Ca2+为主。根据规范要求，一般选用乙二酸四乙酸钠盐（一般被习惯称为EDTA或EDTA二钠盐），20℃溶解度约为0.1g/100ml）作为滴定溶液。

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[JTGE 51－2009]，EDTA滴定法的原理如下[2]:

（1）加入10%的NH4Cl溶液浸取Ca2+。在盛试样的容器中加入600 ml10%的NH4Cl溶液,溶解水泥土中Ca(OH)2,生成了易溶的CaCl2,其化学反应如下：

3CaO・SiO2+6NH4Cl3CaCl2+H2SiO3+6NH3+2H2O

2CaO・SiO2+4NH4Cl2CaCl2+H2SiO3+4NH3+2H2O

3CaO・Al2O3+12 NH4Cl3 CaCl2+2AlCl3+ H2SiO3+12NH3+6H2O

4CaO・Al2O3・Fe2O3+20 NH4Cl l4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+20 NH3+10 H2O

因为Ca(OH)2仅微溶于水、NH3极易溶于水，所以对于本文所选材料，需要搅拌5 min并静置10 min。经大量试验证明，上述搅拌可以使试验室与施工现场进行对混合料进行滴定试验时，混合料溶液中的Ca2+尽可能接近，同时使NH3尽可能挥发

（2）调节pH值，排除干扰离子。混合料溶液静置至溶液较为清澈时，用10ml移液管吸取上层清液10 ml，移入三角杯中，后加入50 ml的NaOH溶液（内含三乙醇胺）。加入NaOH是为了调节三角杯内清夜的pH值，使待检测样品的pH值处于12.5～13.0，因在pH值> 11时，Mg2+形成Mg(OH)2沉淀，从而避免Mg2+对滴定试验的干扰。从上述化学公式可知，水泥与NH4Cl发生反应时，不仅产生Ca2+，同时也有少量的Fe3+，Al3+产生，它们与Mg2+相似，均可以与钙红指示剂发生反应，使颜色变化不显著，加入三乙醇胺可以与Fe3+、Al3+与其生成稳定的络合物，减少了这些阳离子对滴定的干扰。

(3)加入钙红指示剂。其作用是在滴定终点之前它可以和Ca2+形成显玫瑰红色的螯合物，在滴定达到终点后则显纯蓝色。但值得注意的是，在临近滴定终点时，需要减缓滴定速率，以提高滴定精度。

具体实例

本文所用水泥为冀中P.O42.5缓凝水泥、集料主要为10-30mm、10-20mm、5-10mm、石屑，以上试验材料、化学药品及试验所用器材均为自行购置，具体相关数据如下：

3d抗折强度（MPa）：5.3，5.3，5.2，其平均值为5.3；所对应的3d抗压强度（MPa）：41.5，41.9，41.9，42.1，42.2，41.8；其平均值为41.0。

28d抗折强度（MPa）：8.6，8.8，8.9；其平均值为8.7；所对应的.28d抗压强度（MPa）：58.5，58.6，58.7，58.2，58,3，58.9；其平均值为58.5。

其配合比合成级配设计如下：10-30mm、10-20mm、5-10mm、石屑所对应的比例为：10：41：17：32。

笔者为了验证其他相关论文的结论，选择通过对比试验进行验证，因此选用以下实验方案进行验证：

结合大量论文得知[3][4]，用于试验的集料配合比及实际粒径对滴定剂的使用量有着密切的联系。通过沥青混合料设计规范，水泥稳定碎石基层的配合比设计的关键筛孔为4.75mm。不少人认为将混合料按照配合比分别称量后，均过4.75mm筛后，将筛下的集料混合到一起后，再与筛上的集料拌匀，借助这种方式取样可以得到更接近实际水泥含量的标定曲线；也有人在上述取样方法的基础上进行改进，把初次称量改为实验所用重量的3到5倍，整体混合后再过4.75mm筛，然后根据实际筛上下的所占总质量的比例分别进行四分法取样，最终将所取混合料再次拌匀，方才得到用于试验的样品，以求进一步对水泥含量标准曲线进行标定。

故此，本文选用三组对比试验，第一组为每种集料分别四分法取样，第二组按照改进方法进行取样，第三组则按照修正方法进行取样。水泥含量统一，均为：0%、2%、4%、6%、8%，结果如下：

第一组EDTA试剂消耗量均值（ml）：0.7，6.7，12.1，13.9，17.1；

其拟合曲线为y = 2.025x + 2.09。

第一组EDTA试剂消耗量均值（ml）：0.6，6.4，10.7，14.1，18.0；

其拟合曲线为y = 2.145x + 1.46。

第一组EDTA试剂消耗量均值（ml）：0.7，6.7，12.1，14.6，14.8；

其拟合曲线为y = 2.201x + 1.75。

通过试验表明，修正方法的得到的数据几乎都在回归曲线上，变异系数最小；第二种方法次之，直接通过四分法取样的，仅有两个在回归曲线上，其余都在曲线附近，变异系数较前两者偏大。

试验温度对标定曲线的影响：

前文曾提到，氨气极易溶于水，虽经搅拌，溶液中仍有氨气存在，而氨气的溶解度受温度影响很大，而基层施工多为夏季，此时，一般地区日夜温差较大，为此笔者为验证其影响是否较大，增加了一组温度对比试验（试验温度分别为20℃， 35℃）：

室温为20℃时，

EDTA试剂消耗量均值（ml）：0.6，6.7，12.1，13.9，17.1；

其拟合曲线为y = 2.025x + 2.09。

室温为35℃时，

EDTA试剂消耗量均值（ml）：0.4，6.2，10.4，13.9，16.7；

其拟合曲线为y = 2.025x + 1.38。

通过对比发现，同种水泥剂量，35℃的EDTA溶液消耗量明显比20℃的消耗量要小。

结论及建议

EDTA滴定法，自94规范被选用做为测定水泥含量的基本方法，后经09规范修订后，笔者认为基本可以满足规范需求，但因其实验结果因人为因素影响偏差较大，故此得出以下结论并提出相关建议：

1.选用过筛混合后，再按四分法取样，固然得出的标定曲线较为接近试验实际水泥含量，但施工中，拌合、运送及摊铺中的各种人为因素对现场混合料中水泥含量影响很大，因此产生的变异系数也很大，故此不建议采用过筛取样的标定曲线，建议采用集料分档后直接四分法取样得到的标定曲线，更能符合现场的实际情况。

2.从数据上分析，温度对标定曲线有一定的影响，但笔者认为在施工与滴定实验时的温差不大于15℃时， 对于基层，可以不计其影响；但如若温差大于20℃，笔者建议对标定曲线进行修正，因试验资源有限，未对此进行论证。

参考文献

[1] 李伟杭. 水泥稳定砂砾中水泥剂量的 EDTA 滴定法的改进建议[J]. 中外公路, 2007, 27(4): 292-294.

[2] 2009 J. 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 [S][D]. , 2009.

[3] 沈卫国, 周明凯, 杨志峰, 等. 水泥稳定粒料水泥剂量 EDTA 滴定方法的研究[J]. 公路, 2007 (3): 46-50.

[4] 许爱国. EDTA 滴定法影响因素的讨论[J]. 长沙铁道学院学报: 社会科学版, 2012, 13(2): 200-201.