水泥劑量EDTA(齡期效應)標準曲線研究

劉文勝

中建五局土木工程有限公司

水泥劑量EDTA(齡期效應)標準曲線研究

劉文勝

中建五局土木工程有限公司

水泥穩(wěn)定材料中水泥劑量的多與少，可將直接影響水泥穩(wěn)定材料強度能否滿足設計和施工技術規(guī)范的要求，也將影響道路的整個施工質(zhì)量。實際上，在水泥穩(wěn)定基層施工前的標準試驗中，我們往往只作水泥劑量EDTA標準曲線的標定試驗，而忽略了齡期效應標準曲線的標定試驗。本文以城市引水隧洞暗渠工程附屬道路路面基層水泥穩(wěn)定級配碎石施工為例，主要闡述水泥劑量EDTA標準曲線和齡期效應標準曲線的標定及其控制要點。

水泥穩(wěn)定基層施工；水泥劑量；標準曲線；研究

1 引言

水泥劑量EDTA(齡期效應)標準曲線標定，準確與否將直接影響對道路基層質(zhì)量的正確評判。這不僅是基層水泥劑量的多少問題，而是水泥穩(wěn)定混合料強度能否滿足設計和施工技術規(guī)范要求的問題，也是基層水泥穩(wěn)定混合料試驗項目的必測項目之一。

2 定義

以水泥為結合料，通過加水與被穩(wěn)定材料（如碎石、天然礫石）共同拌和形成的混合料，經(jīng)壓實和養(yǎng)生后，當其抗壓強度符合設計和施工技術規(guī)范規(guī)定的要求時，稱為水泥穩(wěn)定材料；以水泥質(zhì)量占全部干燥被穩(wěn)定材料（如級配碎石混合料）質(zhì)量(不包括水泥和水的質(zhì)量)的百分率表示,稱為水泥劑量；以EDTA二鈉標準溶液消耗量為縱坐標，以水泥劑量為橫坐標，制圖而成的一根順滑曲線，稱為EDTA標準曲線。

3 測定方法

水泥穩(wěn)定混合料在水泥終凝之前必須完成水泥劑量的測定，否則就需使用相應齡期的EDTA二鈉標準溶液消耗量的標準曲線來確定。

水泥劑量常用測定方法是EDTA滴定法。

EDTA滴定法的化學原理：先用濃度為10%的氯化銨（NH4CL）溶液溶出水泥穩(wěn)定材料中的Ca2+，然后使用EDTA二鈉標準溶液奪取Ca2+，EDTA二鈉標準溶液的消耗量與相應的水泥劑量存在近似線性關系。

4 EDTA標準曲線

EDTA標準曲線標定，準確與否可將對現(xiàn)場施工水泥穩(wěn)定混合料中實際水泥劑量產(chǎn)生正確或錯誤的測定。下面以6.0%水泥穩(wěn)定級配碎石混合料來介紹EDTA標準曲線的標定。

《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）標準中規(guī)定：在進行標準曲線標定時，需要準備5種試樣。本文為了更好的闡述標準曲線的標定，準備了6種試樣（即準備標準曲線的水泥劑量為0%、2%、4%、6%、8%、10%），如水泥穩(wěn)定混合料中水泥劑量設計較高或較低時，需保證工地實際所用水泥的劑量位于標準曲線所用劑量的中間。

4.1 混合料準備

4.1.1 水泥

水泥：取工地現(xiàn)場施工實際使用的RBC32.5路面基層穩(wěn)定用水泥，其各項技術指標均符合《公路工程路面基層穩(wěn)定用水泥》（JT/T 994-2015）標準中的規(guī)定要求。

4.1.2 試樣

試樣：取工地現(xiàn)場施工實際使用的碎石和石屑，其中：碎石規(guī)格為公稱粒徑4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～26.5mm三種；石屑規(guī)格為公稱粒徑0～4.75mm。級配碎石混合料按公稱粒徑0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～26.5mm四檔規(guī)格摻配而成。

準備12個（濕質(zhì)量）試樣，每個試樣取1000g準備試驗。為了減少做標準曲線標定取樣的離散，每個濕混合料試樣采用單份按級配碎石混合料組成設計時的摻配方式和比例進行備料。

碎石和石屑風干后用烘干法測其含水率。級配碎石混合料的含水率應等于工地現(xiàn)場施工預期達到的最佳含水率，混合料中所加的水須與工地現(xiàn)場施工所用的水相同。

4.1.3 水泥質(zhì)量

根據(jù)水泥穩(wěn)定級配碎石混合料中設計水泥劑量為6%，6種混合料試樣的水泥劑量分別為0%、2%、4%、6%、8%、10%。由于每個混合料試樣的濕質(zhì)量均為1000g，則稱取水泥的質(zhì)量分別按《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009 T0809-2009 EDTA滴定法）標準中的計算公式進行計算所得。

4.2 標定步驟

(1)每種水泥劑量取2個試樣，共12個試樣，分別放入12個容積為5L的大口聚乙烯桶內(nèi)。并在桶外壁上粘貼標有不同水泥劑量的標簽，以防止試樣發(fā)生混淆。

(2)取一個裝有試樣的大口聚乙烯桶，在桶內(nèi)加入2倍試樣質(zhì)量（濕質(zhì)量）體積（即2000mL）的濃度為10%氯化銨溶液，攪拌5min，放置沉淀10min（如10min后得到的是混濁懸浮液，則需增加放置沉淀時間，直到出現(xiàn)無明顯懸浮顆粒的懸浮液為止，并記錄所需的時間。以后所有該種水泥穩(wěn)定材料的試驗，均須以同一時間為準），然后將上部清液轉移到容積為300mL燒杯內(nèi)，攪均，加蓋表面皿待測。

(3)用移液管吸取上層（液面上1～2cm）懸浮液10mL放入容積為200mL的三角瓶內(nèi)，用量筒量取濃度為1.8%氫氧化鈉溶液50mL倒入三角瓶內(nèi)，此時溶液PH值為12.5～13.0，然后加入鈣紅指示劑（質(zhì)量約為0.2g）搖均，溶液呈玫瑰紅色。

(4)記錄滴定管中EDTA二鈉標準溶液的體積V1，然后用EDTA二鈉標準溶液滴定，邊滴定邊搖勻，并仔細觀察溶液的顏色；在溶液顏色變?yōu)樽仙珪r，放慢滴定速度，并搖勻；直到純藍色為終點，記錄滴定管中EDTA二鈉標準溶液的體積V2（以mL計，讀至0.1mL）。計算V1-V2，即為EDTA二鈉標準溶液的消耗量。

(5)對其他11個大口聚乙烯桶內(nèi)的試樣，采用同樣的方法進行試驗，并記錄各自的EDTA二鈉標準溶液的消耗量。

(6)水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的試驗檢測結果，見下表1所示。

表1 水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的試驗檢測結果

4.3 繪制標準曲線圖

以同一水泥劑量穩(wěn)定材料EDTA二鈉標準溶液的消耗量（mL）的平均值為縱坐標，以水泥劑量（%）為橫坐標繪圖。EDTA標準曲線，見圖1所示。

圖1 EDTA標準曲線

5 齡期效應標準曲線

根據(jù)《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009 T0809-2009 EDTA滴定法）標準中的規(guī)定：水泥穩(wěn)定材料中的水泥劑量測定必須在水泥終凝之前完成，否則需要用相應齡期效應標準曲線來確定。

5.1 齡期效應標準曲線的繪制

水泥穩(wěn)定級配碎石混合料在選定的原材料、混合料組成設計、水泥劑量和最佳含水率的條件下拌和好以后，分別按立刻、悶料1h、悶料3h、悶料5h、悶料7h、悶料10h、悶料16h、悶料24h、悶料48h、悶料72h、悶料96h、悶料120h、悶料144h、悶料168h、悶料192h等條件下進行EDTA二鈉標準溶液消耗量的測定。再根據(jù)每種水泥劑量的試驗測定數(shù)據(jù)，繪制以EDTA二鈉標準溶液消耗量（mL）為縱坐標，以反應時間（以h計）為橫坐標的曲線；繪制不同齡期下的以EDTA二鈉標準溶液消耗量（mL）為縱坐標，以水泥劑量（%）為橫坐標曲線（即齡期效應標準曲線）。

每種水泥劑量的反應時間與EDTA二鈉標準溶液消耗量的關系圖和水泥劑量與EDTA二鈉標準溶液消耗量的關系圖（略）。

5.2 齡期效應標準曲線的應用

隨著齡期的不斷增長，水泥穩(wěn)定級配碎石混合料中的一部分鈣離子與被穩(wěn)定材料中的礦物發(fā)生反應，生成新的化合物，因此游離鈣離子減少，仍用初始的EDTA標準曲線確定的水泥劑量必然下降。

正確的做法：在水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的不同齡期，使用不同的EDTA標準曲線，才能在不同齡期都能測得出實際的水泥劑量。因此，工地現(xiàn)場施工的水泥穩(wěn)定級配碎石混合料中水泥劑量須在廠拌后盡快測試，否則，超出水泥終凝時間（一般為6h之后，《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）規(guī)定，水泥終凝時間大于6h且小于10h）所測定的水泥劑量，需作相應的齡期校正。

EDTA滴定法的齡期效應標準曲線與素集料、水泥劑量、水泥品質(zhì)、穩(wěn)定層壓實度、養(yǎng)護、溫度等因素有關，須按工地現(xiàn)場施工實際使用的材料和混合料組成設計，通過試驗制備好水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的齡期效應標準曲線，為路面基層施工過程中的水泥劑量測定提供依據(jù)。

6 注意事項

為了確保水泥劑量標準曲線的準確性，并對工地現(xiàn)場施工起到正確的指導作用，我們在進行標準曲線的標定時，需要注意以下幾點事項：

⑴在配制試劑時，質(zhì)量必須使用電子秤稱量，體積必須使用量筒量測，不可將瓶（桶）裝標裝的質(zhì)量或體積數(shù)值直接作為試驗用質(zhì)量或體積。

⑵在試驗操作過程中，每個樣品的攪拌時間、速度和方式須力求相同，以減少試驗誤差。

⑶在標準曲線標定時，如工地實際水泥劑量較大，則素集料和低劑量水泥的試樣可以不做試驗，而直接用較高的劑量做試驗，但必須有2種劑量要大于實際劑量和2種劑量要小于實際劑量。

⑷配制的氯化銨溶液最好當天用完,不要放置過久,以免影響試驗的精度。

⑸在施工期間，每天試驗前應對標準曲線進行驗證，以減少因原材料的離散對試驗結果產(chǎn)生影響。

⑹在工地現(xiàn)場測定水泥劑量時，加入濃度為10%氯化銨溶液后的放置沉淀時間必須與標準曲線標定時的放置沉淀時間相同。

⑺在水泥劑量測定中，EDTA二鈉標準溶液用完后重新配制的EDTA二鈉標準溶液，需要重新進行EDTA標準曲線的標定。以減少因原材料的不穩(wěn)定和離散對試驗結果產(chǎn)生影響，或因基準物不夠將難以保證測量相對誤差不超過許可限度。

⑻嚴格控制好滴定的各個環(huán)節(jié)，提高標準曲線標定的試驗精度。

⑼室內(nèi)EDTA標準曲線標定時使用的原材料必須與工地施工現(xiàn)場實際使用的原材料一致；室內(nèi)單份混合料試樣的摻配比例和方式，也必須與工地施工現(xiàn)場混合料的摻配比例和方式一致。

7 結束語

如何正確掌握和熟練操作水泥劑量EDTA(齡期效應)標準曲線標定過程的每個步驟環(huán)節(jié)，對提高標準曲線標定的準確度和試驗精度起到至關重要的作用。同時，也為在工地施工現(xiàn)場檢測水泥劑量時提供依據(jù)。

[1]張超,鄭南翔,王建設主編.路基路面試驗檢測技術[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]中華人民共和國行業(yè)推薦性標準.JTG/T F20-2015公路路面基層施工技術細則[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.

[3]中華人民共和國行業(yè)標準.JTG E51-2009公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2009.

[4]孫銥磻,EDTA法測定水泥或石灰穩(wěn)定材料中水泥或石灰的影響因素[J].黑龍江交通科技,2014(8):28.

[5]張英杰，EDTA滴定法測定水泥穩(wěn)定碎石中水泥劑量注意的問題[J].交通世界,建養(yǎng)機械,2013(7):185～186.

劉文勝,（1970）,男，工程師，從事工程試驗檢測23年。