灰剂量的检测探讨

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【摘要】 本论文结合无机结合料在大西铁路客运专线工程中的应用实践,对灰剂量的检测方法进行了简述，并进行了定量分析，通过对水泥剂量制作龄期校正曲线，对灰土的灰剂量衰减规律进行了试验研究,为工程质量检验提供了有效手段，为灰剂量的检测提供借鉴。

【关键词】： 延迟时间  灰剂量  影响

中图分类号：V448.15+1文献标识码：A文章编号：

进入新世纪，我国铁路事业飞速发展。与此同时列车的行驶速度也不断提升，进入高速铁路时代，因此对路基填料的要求也越来越高。基床优先选用A、B组填料和改良土，但铁路沿线往往A组填料缺乏，B组填料也不多，这时就需要对部分C组和D组填料进行改良，工程广泛使用的改良方法有水泥、石灰和粉煤灰等，水泥剂量是影响改良土各项性能的关键性指标，但往往因为水泥与土中的水反应，随着时间的增长水泥剂量也在变化，这对我们准确的评定带来了困惑，因此有必要找出水泥剂量与时间的关系，从而准确的测定出水泥剂量。

在水稳层施工中，如何控制好灰剂量，对于保证施工质量是一个很重要的环节，经常会出现检测数据与实际用量不相符的现象，本文主要对灰剂量检测过程进行了定量分析，对灰剂量的衰减规律进行试验研究，提出了灰剂量随时间的增长而下降的观点，从而提高化学改良土质量控制的准确度。

1基本理论

化学改良土主要是指向土中掺加水泥、石灰、粉煤灰等掺合料通过土和掺合料的物理化学反应来改变土的颗粒组成和结构，提高其强度、刚度和水稳性，从而满足路基路面对填料的要求，但由于在施工方面存在拌合、摊铺、整平、碾压等一系列工序需要一定的时间，而水泥与土拌和后，水泥矿物与土中水分发生强烈的水解和水化反应，从溶液中分解出氢氧化钙并形成其他水化物，因此使自身的游离Ca2+减少，从而减少EDTA二钠标准溶液消耗量。

2试验主要仪器设备：标准筛（2mm、2.5mm）、量筒、天平（200g,1mg;500g,0.5g;100g,0.1g）、容量瓶、滴定管等器皿。

3试验过程：

A、试剂配制

(1)0 0.1mol/L，c（EDTA）标准溶液：准确称取乙二胺四乙酸二钠37.226g于1L容量瓶中，用微热的无二氧化碳纯水溶解，待冷却至室温后，继续稀释至刻度线。

(2)10%NH4Cl溶液：将500g分析纯NH4Cl放入10L洁净的聚乙烯桶中，加水4500mL，充分震荡使完全溶解。此溶液当天使用当天配制。

(3)1.8%NaOH（含三乙醇胺）溶液：用100g天平称取NaOH，18g，放入洁净干燥的1000mL烧杯中，加水1000mL，待完全溶解并冷却至室温后，加入2mL三乙醇胺，搅拌均匀后贮于聚乙烯瓶中。

(4)钙指示剂：称取钙指示剂0.2g与预先在105℃烘干1小时的（K2SO4）20g,一起放入玛瑙研钵中混合均匀研成粉末，贮于棕色瓶中以防吸潮。

B、 标准曲线的绘制

（1）从现场采取具有代表性的石灰、土或集料。风干后，分别过2.0mm或2.5mm筛，然后分别测定其风干含水率，水泥的含水率为零。

（2）当风干混合料的质量为300g时，由以下公式计算混合料的组成，单位为g。 干混合料的质量=300g/（1+0.01混合料最优含水率）

干土的质量=干混合料质量/（1+0.01石灰或水泥剂量）

干石灰（或水泥）质量=干混合料质量-干土质量

风干土质量=干土质量×（1+0.01风干土含水率）

风干石灰的质量=干石灰质量×（1+0.01风干石灰含水率）

应加水的质量=300g-风干土质量-风干石灰质量

（3）按上述计算混合料组成的方法，配制5种水泥或石灰改良土混合料试样，其中水泥或石灰的剂量分别为0%、2%、4%、6%、8%，每种试样均取两份做平行测定，每份风干混合料为300g。

C、 进行灰剂量检测

为了使现场取样与制作灰剂量标准曲线试样一致，要对待测样品进行含水率检测，使含水率与配制标准曲线时的最优含水率相同，再利用所绘制的标准曲线，根据EDTA二钠标准溶液的消耗量，确定混合料中的水泥剂量或石灰剂量。

3 试验操作的控制

应控制好滴定的各个环节，在EDTA滴定过程中，溶液的颜色有明显的变化过程，从玫瑰红色变成紫色，并最终变成蓝色。因此要把握好滴定的临界点，切不可直接将溶液滴到纯蓝色，因为在滴定过量时，溶液的颜色始终保持为纯蓝色，因此如果没有经过临界点，则可能已经过量很多。一般来说，在溶液颜色变成紫色后，如水泥剂量较低，1～2滴就能彻底变蓝；如水泥剂量较高，可能需要再多些。因此，此时的滴定速度务必放慢，逐滴滴入，并保持摇匀，以免滴定过量。

规程中规定钙指示剂为黄豆粒大小，在试验过程中不好把握，钙指示剂的作用是用来调节溶液的颜色，如果用量太少，颜色的变化不显著，容易滴定过量；如果用量太多，就会使 变蓝的溶液在搁置较长一段时间后又显现出紫色来，因此钙指示剂的用量要与制作标准曲线时的用量一致，避免人为误差。

在现场测试中，则直接选取有代表性的水泥土混合料，称取300g进行滴定试验，导致室内的标准曲线试验和现场取样的滴定试验有明显的差别。为了消除现场取样试验和室内标准曲线取样的差别，最好将室内标准曲线制作的湿混合料采用单份掺配后进行试验，同时为了减少配料过程中的离散，对粗集料基层（最大粒径在25mm左右）必须有1000g左右的总质量，放入体积（mL）是湿料质量（g）两倍的氯化铵溶液进行拌和，然后取样进行滴定。试验表明，采用该种试验方法制作标准曲线和现场取样差别最小，可最大限度减少室内试验取样的离散。但采用该方法以后氯化铵溶液的用量将显著增加，同时为了达到拌和的均匀性，搅拌时间和搅拌力度增大。

4 延迟时间对水泥剂量的影响

4.1宏观方面：

工程实践证明，对水泥和石灰土，在不同龄期测出的灰剂量都在下降。如（图1）为一组水泥稳定材料的EDTA滴定量与龄期的关系图。随着龄期的增长，水泥稳定材料中的一部分钙离子已经于土中的矿物发生反应，生成新的化合物，因此游离钙离子减少，10%的NH4CL弱酸溶出水泥稳定材料中的Ca2+较困难，使EDTA二钠标准溶液消耗量的标准曲线确定的灰剂量必然下降。正确的做法是，在不同的龄期应该用不同的EDTA二钠标准溶液消耗的标准曲线，只有这样才能在不同龄期都能测出实际的灰剂量。因此，现场土样灰剂量应在路拌后尽快测试，否则需要相应龄期的EDTA二钠标准溶液消耗量的标准曲线确定。对水泥稳定材料超出终凝时间（12h以后）所测定的水泥剂量，须作出相应的龄期校正。

图1

4.2微观方面

普通硅酸盐水泥的水化和水解是一个复杂的物理化学变化过程在此过程中，不断生成新的水化产物并发生放热反应，由此产生体积变化和强度增长。水泥在加固土体的过程中，水泥颗粒 的矿物迅速与土中水分发生水化和水解反应，生成水化硅酸钙、氢氧化钙、水化硫铝酸钙、水化硫铁酸钙固溶体、水化铝酸钙、水化铁酸钙及其固溶体，其反应过程如下：

⑴硅酸三钙在水泥水化反应中速度较快，能迅速使水泥凝结硬化，并形成具有相当强度的水化产物。其反应过程如下：

2（3CaOSiO2）+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2

⑵硅酸二钙与水作用时，因水化速度较慢而使水化产物的早期强度较低，但其后期强度较高，甚至在几十年后还在继续水化，发挥其强度，其反应过程如下：

2（2CaOSiO2）+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2

⑶铝酸三钙水化迅速、放热多。凝结很快，如不加缓凝剂，易使水泥急凝，其反应过程如下：

3CaOAl2O3+6H2O3CaOAl2O36H2O⑷铁铝酸四钙是一种溶剂型矿物其水化速度在早期介于硅酸三钙和铝酸三钙之间，随后水化速度逐渐降低。其反应过程如下：

4CaOAl2O3Fe2O3+2Ca(OH)2+10H2O 3CaOAl2O36H2O+3CaOFe2O36H2O

⑸硫酸钙常与铝酸三钙一起与水发生反应，生成被称为“水泥杆菌”的化合物，其反应过程如下：

3CaSO4+3CaOAl2O3+32H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O。

反应流程图：

以上可以看出水泥与土中的水分发生反应，生成了新的化合物，游离Ca2+减少，使EDTA二钠标准溶液消耗量的标准曲线确定的灰剂量必然下降。

3.4 分析结果

为了保证改良土中灰剂量达到设计要求，需要准确检测出改良土的灰剂量，由于检测时间对灰剂量有影响，提出了EDTA标准液消耗量随时间降低的标准曲线，EDTA滴定法的龄期效应曲线与素集料、水泥剂量、水泥品质、稳定层压实度、养护、温度等因素有关，应按工地具体使用的材料和配合比，通过试验，制备好龄期效应标准曲线，为实际检测工作提供依据。水泥稳定材料的龄期修正以小时计，石灰修正以天计，石灰剂量测定不宜超过火山灰反应时间一般为7天。

4结语

研究成果解决了无机结合料应用在路基路面工程时对灰剂量有效控制和正确评价的实际问题,往往因为混合料拌合时间较长，或对某一早已完成部位进行验收提供了有效手段，提出了定量控制的观点，为化学改良土在填筑过程中的质量控制提高了准确度，更为工程验收提供了有效手段,扩大和提高了无机结合料在路基路面工程中的应用范围和路用性能,对改进灰剂量检测方法和控制工程质量有重要意义，产生的经济效益和社会效益将是十分显著的。