EDTA滴定法检测改性土中水泥、石灰、粉煤灰剂量试验与分析

项阳

摘 要：随着改性土的应用越来越广泛，检测改性土中水泥、石灰、粉煤灰剂量也成了施工质量关键的环节。目前，检测改性土中水泥、石灰、粉煤灰剂量最常用的方法是EDTA滴定法。通过使用EDTA滴定法对掺有一定比例的水泥、石灰、粉煤灰的改性土进行滴定，确定了EDTA溶液消耗量与水泥、石灰、粉煤灰掺量之间的关系并绘制其关系曲线图，进一步用最小二乘法得出关系曲线的数学表达式，对今后检测改性土中水泥、石灰、粉煤灰剂量有一定的参考价值和借鉴意义。

关键词：改性土;水泥;石灰;粉煤灰;EDTA滴定法

中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：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国水利建设方面发挥着巨大的作用，而且被大量应用于道路施工中。水泥改性土是公路底基层中一种常用的材料，通过替换部分水泥，使得底基层的性能得到提高[1]，同时可以有效改善地基的稳定性，不仅能节约资源，而且具有较大经济效益。其他常用的无机改性土除了水泥土外，还有石灰土和粉煤灰改性土，其对改善膨胀土地区施工状况不良问题起着重要作用，并且直接影响施工质量[2]。因此，控制好水泥、石灰、粉煤灰的掺量也成了施工质量控制的关键指标。EDTA（乙二胺四乙酸）滴定法检测改性土中水泥、石灰、粉煤灰的剂量是比较常用且有效的方法。

1 相关研究进展

目前使用EDTA滴定法测量水泥、石灰等物质剂量的相关研究进展如下。在测量水泥剂量方面，王瑞[3]利用EDTA滴定法对高速公路施工地段的水泥稳定土中的水泥剂量进行了检测，先通过规范得出EDTA消耗量与水泥剂量的关系曲线图，根据关系曲线图和现场水泥土的EDTA消耗量，确定高速公路地段水泥土水泥的剂量;王保田等[4]为研究EDTA（乙二酸四乙酸二钠）滴定法运用于水泥搅拌桩水泥含量检测的适用性，进行了不同龄期下不同水泥含量的EDTA消耗量试验和不同粒径范围时EDTA消耗量试验;庞海军[5]分析了导致EDTA滴定法测定水泥剂量中出现试验误差的因素，并阐述了相关改进措施;张英杰[6]和宁新华等[7]用EDTA滴定法检测了水泥稳定碎石和水泥稳定土中的水泥剂量，并对测定过程中的注意事项和测定方法进行了研究;梁雪森[8]等结合实际工程质量监督工作，探讨和分析了水泥稳定基层中检测水泥剂量随龄期变化的规律和EDTA滴定法的龄期条件和校正方法。

在测量石灰剂量方面，陈颜[9]、李凯歌[10]通过EDTA滴定法对石灰稳定土中石灰剂量进行检测，分析了影响EDTA滴定法测定灰剂量的因素，提出了解决措施和改进方法;张建媛[11]使用EDTA滴定法测定了石灰稳定土中石灰的剂量，并了解了石灰与膨胀土拌和的均匀性;朱永真[12]用EDTA滴定法测定了高速公路上石灰稳定土中的石灰剂量，并阐述了反应机理及测定步骤;杜敏君[13]用EDTA滴定法测定了石灰稳定土的石灰剂量，分析了石灰剂量与龄期效应的关系。

在测量其他物质剂量方面，李建芝[14]利用EDTA滴定法直接测定了锌精矿中锌的剂量;石如祥等[15]使用EDTA滴定法测定锡铅焊料中高含量的镉;龙旭东等[16]利用EDTA滴定法对稀土铝中间合金中稀土总量进行检测。

综上所述，当前学者们对测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，积累了不少的经验，但是对于掺入水泥、石灰、粉煤灰三种材料的土料进行含量测量的研究仍很少。由此，本文通过对土料掺入一定比例的水泥、石灰、粉煤灰，用EDTA滴定法得出EDTA消耗量与胶凝材料（本文指水泥、石灰、粉煤灰）掺入量的关系曲线图，为测定改性土中胶凝材料的含量提供了一定的借鉴作用。

2 试验与分析

2.1 试验原理

EDTA滴定法的化学原理：水泥、石灰、粉煤灰中都含有钙离子成分，试验中胶凝材料中的钙离子通过10%氯化铵溶液被分离出来，然后用EDTA标准溶液夺取溶液中的钙离子。在碱性环境下，EDTA二钠容易与钙离子发生反应得到无色络合物，而含有钙离子的溶液会因为钙红指示剂而变成玫瑰红色，所以当试验滴定EDTA标准溶液至终点时，溶液中的钙离子几乎全部与EDTA二钠结合成无色络合物，此时溶液就显示出钙红原本的颜色——纯蓝色[17]。

其中，钙红指示剂（HIn2+）与钙离子发生如式（1）所示的化学反应，加入EDTA标准溶液（H2Y2-）后发生的化学反应如式（2）、（3）所示[18]。

2.2 试验方案

2.2.1 仪器。本次试验用到的仪器有烧杯、滴定台、酸式滴定管、量筒、锥形瓶、玻璃棒、研体、天平等仪器。

2.2.2 试剂。0.1 mol/m3的EDTA标准溶液：将37.23 g EDTA二钠（分析纯）放入1 000 mL已经加热到40～50 ℃无二氧化碳的蒸馏水中，搅拌，充分溶解并冷却常温后装瓶。

10%氯化铵溶液：称取氯化铵500 g，放入容量较大的聚乙烯桶内，加入4 500 mL的蒸馏水，震荡溶液使氯化铵全部溶解。

1.8%氢氧化钠溶液：将18 g氢氧化钠（分析纯）放入1 000 mL的蒸馏水中，搅拌，等到温度稳定至常温，再加入三乙醇胺2 mL（分析纯），摇匀并装入塑料瓶中。

钙红指示剂：将硫酸钾放置烘箱烘干，取出20 g冷却后再加入0.2 g钙试剂羧酸钠，研磨成细粉末状，置于棕色广口瓶中。

2.2.3 试验试样。本次试验的土料取自哈尔滨市立功村，含水率为18.75%，因为土料为细粒土，故此次试验每次使用的试样可配制成300 g。准备5种试样，每种试样两个样本，5种试样的胶凝材料掺量分别是4%、8%、10%、12%、14%，其中水泥∶石灰∶粉煤灰=1∶1∶2，具體配比见表1。

2.2.4 试验步骤。将试样放入盛样器中，加入600 mL 10%氯化铵溶液，搅拌3 min，控制每分钟搅拌次数为110～120次。搅拌完成后，将试样静止沉淀一段时间，直至无明显悬浮颗粒物为止，然后往烧杯中加入适量上部清液，搅拌均匀后待测。通过移液管吸取10 mL的上清液置于250 mL的锥形瓶中，再往锥形瓶中加入50 mL的1.8%氢氧化钠溶液和适量的钙红指示剂，充分摇匀后，溶液呈玫瑰红色。将EDTA标准溶液装入酸式滴定管中，然后开始往锥形瓶中滴定EDTA标准溶液，当溶液由玫瑰红变成紫色时，调整滴定速度适当放缓，当溶液变成纯蓝色时，记录好EDTA的消耗量。

2.2.5 EDTA标准关系曲线绘制。根据上述试验方法，对5种掺入不同比例的胶凝材料的试样进行试验，每个试样做两次试验，共做10次试验，记录下每次试验中EDTA标准溶液的消耗量，并且计算出EDTA标准溶液的平均消耗量，得出的试验数据如表2所示。

根据表2的数据绘制出胶凝材料掺量与EDTA标准溶液平均消耗量的标准曲线（见图1）。

2.2.6 EDTA滴定时注意事项

①选取的土样要具有代表性，可以用四分法取样，不然会影响整个试验的结果。

②根据试验标准配制EDTA溶液，EDTA溶液取出后不能放置太久，以避免EDTA溶液被氧化，影响EDTA溶液的浓度，进而影响试验的精度。

③氯化铵溶液容易挥发，所以不能长时间放置在外，以免产生较大的试验误差。

④用酸式滴定管滴定EDTA标准溶液时，要先从滴定管中滴出几滴EDTA标准溶液，排出滴定管中的空气，提高试验的精准度，并且读数时视线应该在凹液面下处1 mm左右的位置。

⑤当溶液由红色变成紫色时，需要放缓滴定速度，此时仅需要1～2滴EDTA标准溶液便可以将颜色由紫色变成纯蓝色。

⑥钙红指示剂要放入棕色广口瓶中，要避光、防潮，防止试剂分解，以保证能更好地观测待测溶液的颜色变化。

⑦为避免试验的单一性造成的不确定性，试验过程需要进行平行试验测定，求取算术平均值，且每次试验得到的误差不超过平均值的5%，否则重新进行试验，直到满足要求为止。

2.3 试验结果分析

由胶凝材料掺量与EDTA标准溶液平均消耗量的标准曲线图（见图1）可知，随着胶凝材料掺入量的增加，EDTA的消耗量也在上升，即胶凝材料掺量和EDTA标准溶液消耗量成正相关关系，且相关性良好，其斜率和截距可用最小二乘法估计。

由最小二乘法可知关系曲线为：

其中，由于此次研究分为5组试验进行，所以[n]=5;[xi]为胶凝材料掺量，分别是4%、8%、10%、12%、14%;[yi]为EDTA标准溶液消耗量，分别为12.25、18.2、22.8、27、29.6 mL。带入上述数据可计算出[a]=4.71，[b]=1.798，故EDTA标准溶液消耗量与胶凝材料掺量的关系曲线表达式为

3 结论

本文用EDTA滴定法对改性土进行了滴定试验，检测了改性土中水泥、石灰、粉煤灰的剂量。试验结果表明，EDTA消耗量与胶凝材料的掺量成正比，即EDTA标准溶液消耗量随胶凝材料掺入量增多而增多，呈线性关系，且关系曲线表达式大致为[y=1.798x+4.71]。此次试验得出的结果为今后测量改性土中的水泥、石灰、粉煤灰掺入量起到了一定的借鉴作用。

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