項陽

摘 要：隨著改性土的應用越來越廣泛，檢測改性土中水泥、石灰、粉煤灰劑量也成了施工質(zhì)量關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，檢測改性土中水泥、石灰、粉煤灰劑量最常用的方法是EDTA滴定法。通過使用EDTA滴定法對摻有一定比例的水泥、石灰、粉煤灰的改性土進行滴定，確定了EDTA溶液消耗量與水泥、石灰、粉煤灰摻量之間的關(guān)系并繪制其關(guān)系曲線圖，進一步用最小二乘法得出關(guān)系曲線的數(shù)學表達式，對今后檢測改性土中水泥、石灰、粉煤灰劑量有一定的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：改性土;水泥;石灰;粉煤灰;EDTA滴定法

中圖分類號：U414文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0085-04

Dose Test and Analysis of Cement， Lime and Fly Ash

in Modified Soil by EDTA Titration

XIANG Yang

（College of Transportation and Logistics Engineering， Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052）

Abstract： With the application of modified soil more and more widely， the detection of the dosage of cement， lime and fly ash in modified soil has become a key link of construction quality. At present， EDTA titration is the most commonly used method to detect the dosage of cement， lime and fly ash in modified soil. The relationship between the consumption of EDTA solution and the amount of cement， lime and fly ash was determined by using EDTA titration method to titrate the modified soil mixed with certain proportion of cement， lime and fly ash. This study has a certain reference value and significance for the detection of cement， lime and fly ash dosage in the modified soil in the future.

Keywords： modified soil;cement;lime;fly ash;EDTA Titration method

水泥、石灰、粉煤灰改性土不僅在我國水利建設(shè)方面發(fā)揮著巨大的作用，而且被大量應用于道路施工中。水泥改性土是公路底基層中一種常用的材料，通過替換部分水泥，使得底基層的性能得到提高[1]，同時可以有效改善地基的穩(wěn)定性，不僅能節(jié)約資源，而且具有較大經(jīng)濟效益。其他常用的無機改性土除了水泥土外，還有石灰土和粉煤灰改性土，其對改善膨脹土地區(qū)施工狀況不良問題起著重要作用，并且直接影響施工質(zhì)量[2]。因此，控制好水泥、石灰、粉煤灰的摻量也成了施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標。EDTA（乙二胺四乙酸）滴定法檢測改性土中水泥、石灰、粉煤灰的劑量是比較常用且有效的方法。

1 相關(guān)研究進展

目前使用EDTA滴定法測量水泥、石灰等物質(zhì)劑量的相關(guān)研究進展如下。在測量水泥劑量方面，王瑞[3]利用EDTA滴定法對高速公路施工地段的水泥穩(wěn)定土中的水泥劑量進行了檢測，先通過規(guī)范得出EDTA消耗量與水泥劑量的關(guān)系曲線圖，根據(jù)關(guān)系曲線圖和現(xiàn)場水泥土的EDTA消耗量，確定高速公路地段水泥土水泥的劑量;王保田等[4]為研究EDTA（乙二酸四乙酸二鈉）滴定法運用于水泥攪拌樁水泥含量檢測的適用性，進行了不同齡期下不同水泥含量的EDTA消耗量試驗和不同粒徑范圍時EDTA消耗量試驗;龐海軍[5]分析了導致EDTA滴定法測定水泥劑量中出現(xiàn)試驗誤差的因素，并闡述了相關(guān)改進措施;張英杰[6]和寧新華等[7]用EDTA滴定法檢測了水泥穩(wěn)定碎石和水泥穩(wěn)定土中的水泥劑量，并對測定過程中的注意事項和測定方法進行了研究;梁雪森[8]等結(jié)合實際工程質(zhì)量監(jiān)督工作，探討和分析了水泥穩(wěn)定基層中檢測水泥劑量隨齡期變化的規(guī)律和EDTA滴定法的齡期條件和校正方法。

在測量石灰劑量方面，陳顏[9]、李凱歌[10]通過EDTA滴定法對石灰穩(wěn)定土中石灰劑量進行檢測，分析了影響EDTA滴定法測定灰劑量的因素，提出了解決措施和改進方法;張建媛[11]使用EDTA滴定法測定了石灰穩(wěn)定土中石灰的劑量，并了解了石灰與膨脹土拌和的均勻性;朱永真[12]用EDTA滴定法測定了高速公路上石灰穩(wěn)定土中的石灰劑量，并闡述了反應機理及測定步驟;杜敏君[13]用EDTA滴定法測定了石灰穩(wěn)定土的石灰劑量，分析了石灰劑量與齡期效應的關(guān)系。

在測量其他物質(zhì)劑量方面，李建芝[14]利用EDTA滴定法直接測定了鋅精礦中鋅的劑量;石如祥等[15]使用EDTA滴定法測定錫鉛焊料中高含量的鎘;龍旭東等[16]利用EDTA滴定法對稀土鋁中間合金中稀土總量進行檢測。

綜上所述，當前學者們對測量水泥土中水泥的含量、石灰土中石灰含量有了一定程度的研究，積累了不少的經(jīng)驗，但是對于摻入水泥、石灰、粉煤灰三種材料的土料進行含量測量的研究仍很少。由此，本文通過對土料摻入一定比例的水泥、石灰、粉煤灰，用EDTA滴定法得出EDTA消耗量與膠凝材料（本文指水泥、石灰、粉煤灰）摻入量的關(guān)系曲線圖，為測定改性土中膠凝材料的含量提供了一定的借鑒作用。

2 試驗與分析

2.1 試驗原理

EDTA滴定法的化學原理：水泥、石灰、粉煤灰中都含有鈣離子成分，試驗中膠凝材料中的鈣離子通過10%氯化銨溶液被分離出來，然后用EDTA標準溶液奪取溶液中的鈣離子。在堿性環(huán)境下，EDTA二鈉容易與鈣離子發(fā)生反應得到無色絡合物，而含有鈣離子的溶液會因為鈣紅指示劑而變成玫瑰紅色，所以當試驗滴定EDTA標準溶液至終點時，溶液中的鈣離子幾乎全部與EDTA二鈉結(jié)合成無色絡合物，此時溶液就顯示出鈣紅原本的顏色——純藍色[17]。

其中，鈣紅指示劑（HIn2+）與鈣離子發(fā)生如式（1）所示的化學反應，加入EDTA標準溶液（H2Y2-）后發(fā)生的化學反應如式（2）、（3）所示[18]。

2.2 試驗方案

2.2.1 儀器。本次試驗用到的儀器有燒杯、滴定臺、酸式滴定管、量筒、錐形瓶、玻璃棒、研體、天平等儀器。

2.2.2 試劑。0.1 mol/m3的EDTA標準溶液：將37.23 g EDTA二鈉（分析純）放入1 000 mL已經(jīng)加熱到40～50 ℃無二氧化碳的蒸餾水中，攪拌，充分溶解并冷卻常溫后裝瓶。

10%氯化銨溶液：稱取氯化銨500 g，放入容量較大的聚乙烯桶內(nèi)，加入4 500 mL的蒸餾水，震蕩溶液使氯化銨全部溶解。

1.8%氫氧化鈉溶液：將18 g氫氧化鈉（分析純）放入1 000 mL的蒸餾水中，攪拌，等到溫度穩(wěn)定至常溫，再加入三乙醇胺2 mL（分析純），搖勻并裝入塑料瓶中。

鈣紅指示劑：將硫酸鉀放置烘箱烘干，取出20 g冷卻后再加入0.2 g鈣試劑羧酸鈉，研磨成細粉末狀，置于棕色廣口瓶中。

2.2.3 試驗試樣。本次試驗的土料取自哈爾濱市立功村，含水率為18.75%，因為土料為細粒土，故此次試驗每次使用的試樣可配制成300 g。準備5種試樣，每種試樣兩個樣本，5種試樣的膠凝材料摻量分別是4%、8%、10%、12%、14%，其中水泥∶石灰∶粉煤灰=1∶1∶2，具體配比見表1。

2.2.4 試驗步驟。將試樣放入盛樣器中，加入600 mL 10%氯化銨溶液，攪拌3 min，控制每分鐘攪拌次數(shù)為110～120次。攪拌完成后，將試樣靜止沉淀一段時間，直至無明顯懸浮顆粒物為止，然后往燒杯中加入適量上部清液，攪拌均勻后待測。通過移液管吸取10 mL的上清液置于250 mL的錐形瓶中，再往錐形瓶中加入50 mL的1.8%氫氧化鈉溶液和適量的鈣紅指示劑，充分搖勻后，溶液呈玫瑰紅色。將EDTA標準溶液裝入酸式滴定管中，然后開始往錐形瓶中滴定EDTA標準溶液，當溶液由玫瑰紅變成紫色時，調(diào)整滴定速度適當放緩，當溶液變成純藍色時，記錄好EDTA的消耗量。

2.2.5 EDTA標準關(guān)系曲線繪制。根據(jù)上述試驗方法，對5種摻入不同比例的膠凝材料的試樣進行試驗，每個試樣做兩次試驗，共做10次試驗，記錄下每次試驗中EDTA標準溶液的消耗量，并且計算出EDTA標準溶液的平均消耗量，得出的試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)繪制出膠凝材料摻量與EDTA標準溶液平均消耗量的標準曲線（見圖1）。

2.2.6 EDTA滴定時注意事項

①選取的土樣要具有代表性，可以用四分法取樣，不然會影響整個試驗的結(jié)果。

②根據(jù)試驗標準配制EDTA溶液，EDTA溶液取出后不能放置太久，以避免EDTA溶液被氧化，影響EDTA溶液的濃度，進而影響試驗的精度。

③氯化銨溶液容易揮發(fā)，所以不能長時間放置在外，以免產(chǎn)生較大的試驗誤差。

④用酸式滴定管滴定EDTA標準溶液時，要先從滴定管中滴出幾滴EDTA標準溶液，排出滴定管中的空氣，提高試驗的精準度，并且讀數(shù)時視線應該在凹液面下處1 mm左右的位置。

⑤當溶液由紅色變成紫色時，需要放緩滴定速度，此時僅需要1～2滴EDTA標準溶液便可以將顏色由紫色變成純藍色。

⑥鈣紅指示劑要放入棕色廣口瓶中，要避光、防潮，防止試劑分解，以保證能更好地觀測待測溶液的顏色變化。

⑦為避免試驗的單一性造成的不確定性，試驗過程需要進行平行試驗測定，求取算術(shù)平均值，且每次試驗得到的誤差不超過平均值的5%，否則重新進行試驗，直到滿足要求為止。

2.3 試驗結(jié)果分析

由膠凝材料摻量與EDTA標準溶液平均消耗量的標準曲線圖（見圖1）可知，隨著膠凝材料摻入量的增加，EDTA的消耗量也在上升，即膠凝材料摻量和EDTA標準溶液消耗量成正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性良好，其斜率和截距可用最小二乘法估計。

由最小二乘法可知關(guān)系曲線為：

其中，由于此次研究分為5組試驗進行，所以[n]=5;[xi]為膠凝材料摻量，分別是4%、8%、10%、12%、14%;[yi]為EDTA標準溶液消耗量，分別為12.25、18.2、22.8、27、29.6 mL。帶入上述數(shù)據(jù)可計算出[a]=4.71，[b]=1.798，故EDTA標準溶液消耗量與膠凝材料摻量的關(guān)系曲線表達式為

3 結(jié)論

本文用EDTA滴定法對改性土進行了滴定試驗，檢測了改性土中水泥、石灰、粉煤灰的劑量。試驗結(jié)果表明，EDTA消耗量與膠凝材料的摻量成正比，即EDTA標準溶液消耗量隨膠凝材料摻入量增多而增多，呈線性關(guān)系，且關(guān)系曲線表達式大致為[y=1.798x+4.71]。此次試驗得出的結(jié)果為今后測量改性土中的水泥、石灰、粉煤灰摻入量起到了一定的借鑒作用。

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