用火焰光度法測定減水劑中堿含量

尹亞丹

摘要：混凝土中的總含堿量對公路工程混凝土結構抵抗堿集料反應的耐久性有重大影響，特別是存在堿活性集料的情況下，對公路的橋梁、涵洞、隧道、路面等結構的使用年限有致命的危害。文章以NOF-AS聚羧酸系高性能減水劑為研究對象，采用火焰光度法測定其堿含量，并結合仿真軟件Matlab對試驗結果進行了數(shù)據處理與分析。

關鍵詞：減水劑；火焰光度法；堿含量；Matlab；混凝土結構；公路工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU528 文章編號：1009-2374（2016）02-0071-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.035

1 概述

混凝土中的總含堿量對公路工程混凝土結構抵抗堿集料反應的耐久性有重大影響，特別是存在堿活性集料的情況下，對公路的橋梁、涵洞、隧道、路面等結構的使用年限有致命的危害。近幾年來國內外有多種外加劑，聚羧酸鹽類高性能減水劑是國內目前開發(fā)的新型外加劑。其主要特點是外加劑中氯離子和堿含量較低，摻量低，減水率高。減水劑的添加可以改善混凝土的性能結構，以滿足其在施工性能、耐久性能及力學性能等各個方面的技術要求。混凝土中所用到的含堿減水劑是有效增加混凝土中堿含量的重要途徑，因此為了保證結構的安全使用，必須同時對堿活性集料及混凝土中的堿含量加以嚴格限制。本文研究減水劑中的堿含量對混凝土進行改性具有重要的理論指導意義。

2 試驗與方法

火焰光度計是以發(fā)射光譜法為基本原理的一種分析儀器。利用火焰光度計中所產生的火焰的熱能把所測未知所測溶液的某種元素的原子激發(fā)出相應的特征光譜，進而檢測出光譜能量的強弱程度，最終判斷未知所測溶液中物質含量的高低。

2.1 火焰光度法基本原理

火焰光度計法是利用發(fā)射譜線強度與物質元素濃度的對應關系，來確定所檢物質含量的一種試驗方法。用80℃左右的熱水將所測減水劑試樣溶解，采用氨水將鐵、鋁分離出來；采用碳酸鈣將鈣、鎂分離。采用火焰光度計及相應的濾光片來測定濾液中的鉀離子和鈉離子（堿）。試樣前需要對火焰光度計高標、低標設置，并進行空白試驗。由于被測元素的絕對濃度值是無法直接從火焰光度計顯示表中得出，因此首先試驗中必須配制所用到的氧化鈉、氧化鉀標準溶液，采用不同濃度的標準溶液進行待定檢測標定，分別繪制出氧化鈉、氧化鉀的溶液的濃度-檢流計讀數(shù)工作曲線，然后采用相同的試驗方法對未知濃度的減水劑溶液進行測定。通過火焰光度計儀器顯示得出鈉、鉀讀數(shù)后，再從各自的標準工作曲線上找到相對應的濃度值，進而可以得出所測減水劑的未知濃度值。

2.2 試驗準備

2.2.1 燃料。通常使用汽油來作為燃料，將2500～3000mL的汽油注入到汽油氣化缸內，使缸體內預留出1/3的空間。使用時，將壓縮空氣注入氣化缸一端，汽油液面下出現(xiàn)冒泡翻滾現(xiàn)象，使氣化缸上方1/3的空間充滿壓縮空氣，接著用導管引入火焰光度計燃氣進口。注意當時試驗的環(huán)境溫度，以使汽油氣化，達到能夠燃燒的目的。對汽油也有使用時間、生產庫存時間以及保存條件等的影響，注意試驗中一定不能使用乙醇汽油，嚴格進行控制。為達到高效燃燒的目的，推薦使用97號汽油。汽油是否需要更換，試驗中可觀察火焰的燃燒情況而定。如果引燃后，火焰已很小，繼續(xù)增大燃氣量，火焰已無變化，則表明汽油中可燃組分已耗盡，需更換汽油了，更換汽油時一定要預留汽油液面以上1/3的空間。

2.2.2 水。由于溶液配制過程中，采用不同的蒸餾水作溶劑，會產生不同的背景值。為克服這個差異，試驗中所涉及的水均為同一容器中的蒸餾水或同等純度的水。

2.2.3 溶劑。根據儀器檢測范圍，制備必要的檢測標準溶液，以便進行相對測定。試驗中所涉及的化學試劑均為分析純AR化學試劑：（1）氧化鉀、氧化鈉標準溶液：精確稱取已在130℃～150℃烘過2h的氯化鉀0.7920g及氯化鈉0.9430g置于燒杯中，加蒸餾水溶解后，移入至1000mL的容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻，轉移至干燥的帶蓋的塑料瓶中。此標準溶液每毫升相當于氧化鉀及氧化鈉0.5mg；（2）體積比1∶1的鹽酸；（3）體積比1∶1的氨水；（4）質量分數(shù)10%的碳酸銨溶液；（5）質量分數(shù)0.2%的甲基紅指示劑。

2.3 試驗步驟

2.3.1 工作曲線繪制。分別向100mL的容量瓶中注入0.00mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、8.00mL、12.00mL的氧化鉀、氧化鈉標準溶液（分別相當于該標準溶液中含有氧化鉀、氧化鈉各0.00mg、0.50mg、1.00mg、2.00mg、4.00mg、6.00mg），用蒸餾水稀釋至容量瓶標線，將各個濃度的氧化鈉、氧化鉀溶液搖勻，分別放置在火焰光度計上按儀器使用規(guī)程進行測定，根據所測得的檢流計讀數(shù)與溶液的濃度關系，分別繪制出氧化鉀及氧化鈉的標準工作曲線。

3 數(shù)據處理與分析

3.1 工作曲線的繪制

根據實際試樣的產品合格證，確定稱樣量為0.10g，稀釋倍數(shù)為2.5。根據氧化鉀與氧化鈉百分含量計算方法得出不同濃度標準溶液中氧化鉀及氧化鈉的百分含量，按照火焰光度計的使用規(guī)程，依次按標準溶液中氧化鉀、氧化鈉的百分含量由低至高進行測定，得出檢流計讀數(shù)與溶液的濃度關系。根據百分含量計算公式，分別計算上述不同氧化鉀、氧化鈉標準溶液濃度的氧化鉀（氧化鈉）百分含量（%）：0；1.25；2.5；5；10；15。對應火焰光度計的K（Na）讀數(shù)：0（0）；26（23）；36（33）；51（48）；114（94）；162（131）。

以每個標準溶液的氧化鉀或氧化鈉百分含量為橫坐標，以其相對應所測得的讀數(shù)值為縱坐標，分別繪制氧化鉀及氧化鈉的標準工作曲線，見圖2：

3.2 減水劑試驗結果

利用數(shù)據處理軟件Mtlab，擬合出氧化鉀及氧化鈉的工作曲線公式。按照火焰光度計的使用規(guī)程，測出減水劑溶液的讀數(shù)，在相應的工作曲線中按公式分別計算出氧化鉀、氧化鈉的百分含量，結果取兩次平行試驗的平均值，進而測得減水劑中的總堿量。試驗結果見表1，兩次平行試驗結果在誤差允許范圍之內，符合試驗要求。

4 結語

利用火焰光度計法測減水劑中的總堿量具有靈敏度高、所需樣品少、操作簡單、分析速度快等優(yōu)點，同時文中采用數(shù)據處理軟件Matlab進行精確計算，進而快速獲得準確可靠數(shù)據。因此，掌握火焰光度計的正確操作規(guī)程，將硬件與軟件相結合，達到有效測試減水劑中總堿量的目的，進而有效控制混凝土中的堿含量，對有效抑制集料-堿反應及混凝土減水劑技術的發(fā)展具有一定的理論指導意義。

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（責任編輯：秦遜玉）