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摘要：水泥稳定土中的水泥剂量对路面基层材料的性能的影响较大。由于试验工作者对试验方法的理解和操作方法的差异，水泥剂量的试验结果存在较大的离散，难以起到控制生产质量的目的。对EDTA滴定法的原理进行了阐述，分析了影响EDTA滴定法数据离散性的因素，推荐了一种降低EDTA滴定法测定水泥剂量的离散性的方法。
关键词：水泥稳定土；EDTA滴定法；水泥剂量
随着我国公路建设等级的提高，对路面基层的要求也越来越高。我国的高速公路使用的路面基层材料主要是水泥稳定材料。水泥剂量是水泥稳定材料中最为重要的控制指标之一。水泥剂量过低会达不到设计的强度，过高难以保证基层材料的耐久性（抗裂性差），大量的试验证实，当水泥剂量超过6%后，水泥稳定基层的干缩率大幅度增加。由于试验工作者对试验方法的理解和操作方法的差异，水泥剂量的试验结果存在较大的离散，难以起到控制生产质量的目的。本文对EDTA滴定法产生离散性的原因进行了分析，并推荐了消除离散性的方法。
1 EDTA滴定法的原理
1.1 EDTA的特点
EDTA滴定法是一种配位滴定法，在滴定分析中引入乙二胺四乙酸类胺羧类配合物，使得配位滴定方法成为一种重要的滴定方法。乙二胺四乙酸简称EDTA，由于其在水中的溶解度小（22℃时100mL溶解度为0.02g），不宜作滴定剂，实际上用做滴定剂的是乙二胺四乙酸钠盐，被习惯称作EDTA或EDTA二钠盐，22℃100mL溶解度为11.1g。其溶解度为0.3mol/L。pH值约为4.4。
EDTA金属离子的络合物有以下特点：（1）络合物的组成简单，绝大多数形成1：1的络合物；（2）EDTA的配位能力强，能和多种金属离子形成十分稳定的络合物；（3）EDTA的络合物易溶于水，使用方便。
1.2 EDTA滴定法的原理
依据现行《公路工程无极结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009），其滴定步骤与原理如下：
（1）在盛式样的容器中加入2倍试验质量（湿料质量）体积的10%的NH4Cl溶液。水泥稳定混合料中加入NH4Cl溶液起到溶解Ca(OH)2的作用，使本来生成微溶物的反应生成了易溶的CaCl2，其化学反应如下：Ca(OH)2+NH4Cl+H2O=2NH3•H2O+CaCl2
（2）搅拌3min或5min并静置10min。这样可保证Ca(OH)2充分溶出和形成清液，但搅拌和静置时间也不可太长，否则有更多的水泥水化形成Ca(OH)2使得EDTA滴定值偏大。
（3）用移液管吸取上层悬浮液10mL，加入50mL的NaOH溶液。加入NaOH溶液起调节溶液pH值的作用，使溶液的pH值控制在12.5~13.0之间。因为水泥和集料中都存在Mg2+，在pH值大于11时Mg2+形成Mg(OH)2沉淀，避免了Mg2+对滴定的干扰。NaOH溶液中加入三乙醇胺的作用是它可以和水泥和集料中存在的Al3+、Fe3+形成更为稳定的配合物，避免了对Ca2+滴定的干扰。
（4）加入钙红指示剂。其作用是在滴定终点之前它可以和Ca2+形成显玫瑰红色的络合物，在滴定达到终点后则显纯蓝色。
EDTA滴定值反映了Ca2+的质量分数，Ca2+质量分数又反映了混合料中的水泥剂量。因为EDTA滴定值虽然主要和水泥剂量相关，但也和粒料种类、水泥品种、一些干扰离子的影响有关，因此水泥剂量和EDTA滴定值之间不存在固定的函数关系。因此先要通过混合料的EDTA滴定值与标定曲线进行对比，然后才可确定混合料的水泥剂量。粒料种类变化、水泥品种变化后要重新绘制标准曲线。
2 水泥剂量滴定的主要影响因素
以水泥稳定碎石为例,水泥稳定碎石由三部分组成:水、水泥、碎石。水泥剂量测定的影响因素应是含水量及碎石级配（前提条件是试验用仪器设备、试剂和操作方法完全满足规程要求）。
首先，分析含水量对水泥剂量测定的影响。在测定标定曲线时，因为完全按最佳含水量配制混合料，所以在施工时如混合料保持最佳含水量，那么含水量对水泥剂量测定不影响，但施工中含水量不可能控制在最佳含水量，总有一定的偏差。假使最佳含水量为6%，控制在±1%，设计水泥剂量5%，取1113g混合料，含水量为6%时，水泥质量为50g，设含水量为5%，水泥质量为Xg，设含水量为7%时，水泥质量为Yg，则有下式：（1000+50）×1.06
=（1000×X/50+X）×1.05
=（1000×Y/50+Y）×1.07
=111.3
解得
X=50.5g Y=49.5g
由上式可看出设计水泥剂量5%，如含水量控制最差时，测定水泥剂量比实际水泥剂量相差0.05%，因此可据此判定含水量对水泥剂量测定影响不大，可以忽略不计。
其次，分析碎石级配对水泥剂量的测定的影响。为了便于分析，试验室做了以下两种情况水泥剂量标准曲测定：混合料不过筛与混合料过4.75mm筛，从筛底取样。测定结果如表1。
表1 水泥剂量标准曲线测定表
从表1可以看出，不过筛的8%水泥剂量的EDTA耗量与过筛的6%水泥剂量的EDTA耗量基本相同，按照数理统计的原理，样本越大，其代表性越高。水泥剂量测定中混合料取样3000g,除去水和水泥的质量,集料有2700g左右。而取料的时候，2次取得样本4.75mm以上粗集料相差到150-250g左右，占2700g的5.6%-9.3%，样本不能真实反映其级配，混合料都是湿料，具有一定黏性，采用四分法分料也不现实。集料级配变化必然导致比表面积变化，集料越粗，比表面积越小，集料越细，比表面积越大。这里做个科学假定:水泥稳定碎石中水泥颗粒总是黏附在集料颗粒表面上,且集料单位表面积黏附的水泥颗粒一样多。基于这个假定，就可以分析比表面积变化是怎么影响水泥剂量测定结果的。比表面积越小，黏附的水泥颗粒越少，EDTA耗量越少，测定的水泥剂量越少；反之，测定的水泥剂量越大。
水泥稳定碎石水泥剂量测定（不过筛）的样本代表性性差，测定的数据变异大，同样剂量的两个样本，如果现场检测，会出现一个样本检测合格，另一个样本检测不合格的现象。
水泥稳定碎石里的碎石集料必须符合规范级配要求，我们知道最大粒径越小，具有代表性的样本可以越小。如果将混合料通过某一细筛孔后取
样测定水泥剂量，那么样本所含集料具有足够的代表性，完全能反映出某一料场碎石某一细筛孔通过部分的实际级配，也就是说样本所含集料的比表面积不会因取样方法的差异产生较大变化只会产生微小的变化，对水泥剂量的测定结果影响甚微。当然，过细筛后样本集料比表面积会增加，黏附的水泥颗粒自然会增多，EDTA耗量会增加，水泥剂量自然就变大。从表1可以看出4.75mm筛标准曲线各剂量EDTA耗量比不过筛的要多，因为同一单位质量细颗粒表面积要比粗颗粒表面积大得多，根据表面黏附假定，细颗粒所黏附水泥颗粒比粗颗粒多，况且部分粗颗粒黏附的水泥颗粒在过筛的过程中脱落，过筛后在细颗粒范围内。如果现场检测也过4.75mm筛，操作过程以标准曲线操作过程为标准，所取样本黏附的水泥颗粒与标准曲线某一剂量样本一样多，测定值就会是这个剂量，也是混合料实际水泥剂。只有测定标准曲线时过筛，现场检测时也过细筛，就能解决标准曲线相关性不显著和现场检测变异大的问题。
3 结束语
阐述了EDTA滴定法的原理，并对比了过4.75mm方孔筛的细颗粒和不过筛的粒料绘制标准曲线的两种方法，结果差异很大，采用4.75mm筛以下的颗粒级配混合料绘制的标准曲线更精确，最大化的减少了因取样不均匀对试验结果的影响，离散性大大降低。
参考文献
[1]JTGT F20-2015，公路路面基层施工技术细则.
[2]JTG E51-2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规范.
[3]张诗英,分析化学,武汉,武汉工业大学,1994.
[4]张登良,郑南翔,半刚性基层材料收缩抗裂性能研究,中国公路学表报,1991.
论文作者:鹿伟,王斌
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/18
标签：水泥论文; 剂量论文; 颗粒论文; 表面积论文; 样本论文; 滴定论文; 含水量论文; 《基层建设》2016年32期论文;