分析化學(xué)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用

黑龍江 朱玉萍 王穎 李智慧 邊錚 周鑫

公路工程試驗(yàn)檢測(cè)工作是道路和橋梁施工技術(shù)管理中的一個(gè)重要組成部分，也是施工質(zhì)量控制和竣工驗(yàn)收評(píng)定工作中不可缺少的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。如果不實(shí)行完善而嚴(yán)格的質(zhì)量管理、保證和監(jiān)督體系，難免會(huì)在施工中出現(xiàn)質(zhì)量事故或質(zhì)量隱患。

同時(shí)，分析化學(xué)技術(shù)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、定量分析、精確度高等特點(diǎn)，我們?cè)诠饭こ淘囼?yàn)檢測(cè)中引入化學(xué)分析技術(shù)，能用定量的方法科學(xué)的評(píng)定各種材料和構(gòu)件的質(zhì)量。因此，應(yīng)用分析化學(xué)技術(shù)檢測(cè)工程質(zhì)量，它融試驗(yàn)檢測(cè)基本理論和操作技能于一體，為工程設(shè)計(jì)參數(shù)、施工質(zhì)量控制、施工驗(yàn)收評(píng)定、養(yǎng)護(hù)管理決策提供依據(jù)。

1 工程石灰有效成分的檢測(cè)

石灰是一種氣硬性膠凝材料，其強(qiáng)度主要來源于Ca(OH)2的碳化形成CaCO3和Ca(OH)2的晶化。石灰應(yīng)用于穩(wěn)定土，包括石灰穩(wěn)定土和石灰粉煤灰穩(wěn)定土（二灰土），在路面工程中主要作為路面基層材料。

通過以下分析化學(xué)試驗(yàn)，可評(píng)價(jià)鈣質(zhì)生石灰的技術(shù)指標(biāo)。優(yōu)等品、一等品、合格品的（CaO+MgO）含量分別為90%、85%、80%。

1.1 有效氧化鈣的測(cè)定

中和滴定法。稱取約0.5g試樣，放入三角瓶中，取5g蔗糖覆蓋在試樣表面，投入玻璃珠15粒，加入蒸餾水50ml，加入酚酞指示劑，用已標(biāo)定的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，粉紅色消失為終點(diǎn)。用化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算含量。

1.2 有效氧化鎂的測(cè)定

絡(luò)合滴定法。稱取約0.5g試樣，用1:10鹽酸加熱溶解。待溶液沉淀后，用移液管吸取25ml溶液，放入250ml三角瓶中，加50ml蒸餾水稀釋，然后按順序加入酸鉀鈉溶液1ml、三乙醇胺溶液5ml,再加入銨-銨緩沖溶液10ml、酸性鉻藍(lán)K-萘酚綠B指示劑約0.1g。用EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色時(shí)即為滴定終點(diǎn)，計(jì)算最終結(jié)果。

2 石油瀝青的組成成分檢測(cè)

石油瀝青組分對(duì)瀝青的路用性能有很大的影響。例如，飽和分存在于飽和烴中的正構(gòu)烷烴,影響瀝青膠體結(jié)構(gòu)、流變性、低溫延度、粘附性；芳香分是組成瀝青膠體的分散介質(zhì),起到溶膠和軟化作用。膠質(zhì)可改善瀝青的脆裂性和提高延度，可使瀝青具有良好的塑性等。

2.1 三組分分析法

石油瀝青的三組分分析法是將石油瀝青分離為油分、樹脂和瀝青質(zhì)三個(gè)組分。應(yīng)用溶解-吸附法，該方法分析流程是用正庚烷沉淀瀝青質(zhì),繼將溶于正庚烷中的可溶分用硅膠吸附,裝于抽提儀中抽提油蠟,再用苯乙醇抽出樹脂。最后將抽出的油蠟用丁酮-苯為脫蠟溶劑。在-20℃的條件下,冷凍過濾分離油、蠟。

2.2 四組分分析法

四組分稱為:飽和分、芳香分(Aromat ic)、膠質(zhì)(Resin)和瀝青質(zhì)。故這一方法亦稱SARA法。我國(guó)現(xiàn)行四組分分析法是將瀝青試樣先用正庚烷沉淀瀝青質(zhì),再將可溶分 (即軟瀝青質(zhì))吸附于氧化鋁譜柱上,先用正庚烷沖洗,所得的組分稱為“飽和分”，繼續(xù)用甲苯?jīng)_洗，所得的組分稱為“芬香分”。最后用甲苯-乙醇、甲苯、乙醇沖洗，所得組分稱為“膠質(zhì)”。對(duì)于含蠟瀝青，可將所分離得的飽和分與芳香分，以丁酮-苯為脫蠟溶液劑，在-20℃下冷凍分離固態(tài)烴烷，確定含蠟量。

2.3 蒸餾法檢測(cè)瀝青含蠟量

在蒸餾瓶中稱取瀝青試樣50g，550℃恒溫，蒸餾瓶通過支管與置于冰水中的錐形瓶連接。將錐形瓶中的餾出油用乙醚-乙醇冷凍過濾后，注入50ml乙醚，冷卻1h,使蠟充分結(jié)晶析出。洗滌蠟層，用真空泵吸濾，用常溫石油醚分三次清洗吸濾瓶，將盛有蠟溶液的錐形瓶放在熱源上，回收石油醚溶劑，在真空干燥箱中105℃烘干1h，干燥冷卻稱量蠟的質(zhì)量。

3 EDTA滴定法測(cè)定水泥穩(wěn)定土中水泥劑量

在水泥穩(wěn)定土施工中,水泥劑量的控制對(duì)工程質(zhì)量和生產(chǎn)成本的控制起著決定性的作用,因此該項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)成為監(jiān)理和施工單位頻率最高的檢測(cè)項(xiàng)目之一。

EDTA滴定法檢測(cè)的是水泥中有效鈣的含量,在測(cè)定中用NH4CL將水泥中的硅酸三鈣(3Cao·SiO2)、硅酸二鈣 (2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·AL2O3)、鐵鋁酸四鈣(4Cao·AL2O3·Fe2O3)等中的鈣離子游離出來。用Na0H為緩沖劑，將溶液酸度調(diào)節(jié)至pH≥12。以鈣指示劑為指示劑,僅有鈣離子與鈣指示劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)絡(luò)合為玫瑰紅色的鈣絡(luò)合物。

（1）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以同一水泥或石灰劑量穩(wěn)定材料EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的平均值為縱坐標(biāo)，以水泥或石灰劑（%）為橫坐標(biāo)制圖。兩者的關(guān)系應(yīng)是一條順滑的曲線。

（2）選取有代表性的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，對(duì)穩(wěn)定中、粗粒土取試樣3000g，對(duì)穩(wěn)定細(xì)粒土取試樣約1000g。

（3）對(duì)水泥灰穩(wěn)定細(xì)粒土，稱300g放在搪瓷杯中，用攪拌棒將結(jié)塊攪散，加10%氯化銨溶液600mL，對(duì)水泥或石灰穩(wěn)定中、粗粒土，可直接稱取1000g左右，放入10%氯化銨溶液1000mL，然后如前述步驟進(jìn)行試驗(yàn)。滴定時(shí)，在溶液顏色變?yōu)樽仙珪r(shí)，放慢滴定速度并搖勻，直到純藍(lán)色為終點(diǎn)，記錄滴定前后滴定管中EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積差。

（4）利用所繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量，確定混合料中的水泥或石灰劑量。

4 化學(xué)添加劑延長(zhǎng)瀝青耐久性

4.1 摻加有機(jī)酸類、提高瀝青活性

瀝青中最具有活性的組分為瀝青酸及其酸酐，各類合成高分子有機(jī)酸類和焦油摻入瀝青，亦能起到相同的效果。

4.2 摻加重金屬皂類、降低瀝青與集料的界面張力

最常用的有：皂腳鐵、環(huán)烷酸鋁皂等，摻入瀝青中均能起到改善粘附性的效果。此外，還有直接采用各種合成表面活性劑，但是需要油溶性和耐高溫的表面活性劑才能使用。

4.3 摻加高效抗剝劑

常見的有醚胺類、醇胺類、烷基類、酰胺類等，但是必須通過道路修筑的實(shí)踐才能檢驗(yàn)其實(shí)際效果。

4.4 ZDC和炭黑添加劑

二乙基二硫代氨基甲酸鋅（ZDC）及二乙基二硫代氨基甲酸鉛（LDC）抗老化效果較好，并且與炭黑同時(shí)摻加效果更佳。炭黑粒徑細(xì)微、表面積大，它彌散于瀝青中，易于被熱-氧作用產(chǎn)生的游離基吸附，從而阻止瀝青老化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使老化進(jìn)程受到抑制。

5 小結(jié)

化學(xué)分析是公路工程檢測(cè)中必不可少的組成環(huán)節(jié)，無論是水泥路面、瀝青路面和白改黑工程中，都要應(yīng)用分析化學(xué)來測(cè)定物質(zhì)的有關(guān)組分的含量。隨著我國(guó)公路等級(jí)的提高，建筑施工與分析化學(xué)跨學(xué)科之間的結(jié)合將更加緊密，高精準(zhǔn)度的、快速準(zhǔn)確的定量分析技術(shù)將在建筑行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

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