二灰碎石中石灰剂量的快速测定方法

二灰碎石中石灰剂量的快速测定方法
[提要]本文提出了用钙电极快速测定二灰碎石中石灰剂量的方法。

阐述了化学试剂的配制、标准剂量浸提液的制备和绘制工作曲线的基本原理，并给出了应用示例。

关键词二灰碎石浸提液灰剂量
1引言
用二灰工业废碴，特别是二灰材料铺筑的路面底基层具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性，适用于各类交通道路。

在“七.五”国家重点科研攻项目“高等级公路半刚性基层、重交通道路沥青面层和抗滑表面的研究”课题中，陕西“西临”、河北“正定”、上海“沪嘉”等高速公路实体工程度过路均采用二灰碎石或二灰土材料铺筑基层或底基层。

沪宁高速公路路面试验段的基层也包括二灰碎石这一类型。

二灰碎石中设计石灰剂量的含量，是根据二灰碎石混合料的抗压强度、温缩和干缩试验确定的。

石灰剂量过多或过少都不利于发挥二灰材料的优良路用性能。

为使二灰碎石中石灰与粉煤灰的比例满足混合料组成设计的要求，测定二灰碎石中的石灰剂量是工程质量控制中不可缺少的重要环节。

目前，因内尚无二灰碎石中石灰剂量的快速测定方未能。

笔者在“沪宁高速公路路面结构研究”课题路面试验段的实施过程中，曾对二灰碎石中石灰剂量的测定方法进行探索研究，提出了整套用钙电极快速测定二灰碎石石灰剂量的方法，并取得满意结果，对高质量完成试验路任务起到了积极的作用。

2钙电极法测定的基本原理
用不着钙离子择电极测定石灰剂量是基于Nernst原理。

按该原理，由钙离子选择电极和参比电极构成的测量电池的电动势E与钙离子活度成对数线性关系。

E=A+Blga1
式中a1—为钙离子浓度
测量溶液的离子活度等于活度系数与溶液钙离子浓度的乘积。

当活度系数固定为一常数时，测量电池的电动势与离子浓度成对数关系。

对于不同掺灰量的石灰土混合料，经氯化铵溶液浸提后，生成不同量的氯化钙。

而钙离子选择电极能将不同量的钙离子以电位的形式在仪器上显示出来。

将一组事先制定对应的一组电位值，由此绘制电位—灰剂量标准工作曲线。

施工现场混合料经处理浸提后，由钙电极测定基电位值，查事先绘制好的标准工作曲线，可求得掺求剂量。

3存在的问题
钙电极测试仪原是为测定石灰土中石灰剂量的仪器。

二灰碎石混合料不同于石灰土，它有其自身的特点。

在文献[1]规定的石灰土中石灰剂量的测定方法—钙电极块速测定方法，不适用于测定二灰碎石中的石灰剂量。

主要因为：
a)二灰碎石中石灰与粉煤灰的比例一般为1：2~1：4，如陕西“西临”路为1：4，河北“正定”路为1：2，沪宁路试路面段也是1：2，这一设计石灰2.5mm 筛孔以下混合料中所占比例大约为18~31%，远大于通常石灰土的设计石灰剂量8~12%的范围。

而施工过程中实际有效石灰剂量还可能超过31%。

石灰剂量越高，钙离子浓度越大，也就对铵溶液的配制和测试样本的取量提出了新的要求；
b)由碎石和二灰材料组成的二灰碎混合料取样测定石灰剂量时不能把石料也作为样本，同时还应考虑现场施工的实际情况，因无率何种石料，总含有部分细集料，故2.5mm筛孔以下的石料必占有上定比例。

此外，以一定含水量拌和二灰碎石，也有部分石灰和粉煤灰粘附在石灰表面。

因此，仅用石灰和粉煤灰配制测试样本，用以测定石灰剂量与电位位值关系绘制标准工作曲线则行不通；
c)二灰碎石与石灰土不同，其浸提液表面有较多的粉煤灰漂浮物，这些浮物易吸附在钙离子电极的PVC薄膜上，而影响电动势。

有时会导致灰剂量离的电位值低，灰剂量低的电位值离的异常现象。

基于述，使用钙电极快速测定二灰碎石中石灰剂量，就必须对试剂溶液的配制，二灰碎石浸液的提取以及标准浸提液工作曲线的绘制等方面提出相应的测试方法。

4试剂量的配制
钙电极测定石灰剂量，涉及氯化钙、饱和氯化铵溶液三种化学试剂。

饱和氯化溶液用于甘汞参比电极；氯化钙溶液用于选择钙离子极；而氯化铵溶液则用于浸提石灰钙离子，制备浸提液。

针对二灰碎石测试样本中石灰剂量比石灰土大的实际情况，并经反复试验，确定氯化铵溶液用15%饱和氯化钙溶液参照文献[1]附录二中的“石灰土中石灰剂量测定方法—钙电极快速测定法”中饱和氯化和0.1M氯化钙溶液配制方法取制。

15%氯化铵溶液按如下方法配制：
将15g分析纯氯化铵放入1000ml烧瓶中，加水850ml，充分摇动，使其溶解均匀即成。

需注意的是，用于配制氯化铵溶液的水质应与拌制二灰碎石的水质相同。

5标准剂量浸提液的制备
在施工现场分别取具有代表性的粉煤灰、石灰和碎石若干，并自然风干。

粉煤灰和石灰剂过2.5mm筛孔后，测基含水量，按设计石灰剂量并以一定的灰剂量级差配制五种石灰粉煤灰混合料，使其能复盖工程中可能出现的石灰剂量。

再按设计级配配制足够的级配碎石，然后按工程设计要求的二灰碎石比例，以工地用水，取最佳含水量配制二灰碎石混合料，再充分拌匀，过2.5mm 筛孔。

2.5浸提液的制备
以感量2g的托盘天平，用准备好的五种不同配比的二灰样本，各取50g，分别放入500ml的烧瓶中，各加入15%氯化铵溶液200ml，盖上塞子用手振荡2min。

保持振频120次/min左右，静置3min后，分别过滤并倒入干燥、洁净、具密封塞的瓶中保存。

5.3注意事项
制备标准剂量浸提液有两个关键性技术。

其一，二灰样本取量怎么定？经反复摸索，取二灰样本50g与0.1M氯化钙溶液和15%氯化铵溶液配合使用，可取得最佳测试效果；其二，浸提液必须用细布或快速滤纸滤去粉煤灰及其杂质，否则将影响测试结果，甚至得不到有规律的标准剂量工作曲线。

6标准剂量工作曲线的绘制
将上述五种制备好的标准浸提液分倒出约25ml于干燥洁净50ml塑料杯中，各加入一只电磁搅拌棒，按石灰剂量由低到高的顺序依次放到电磁搅拌器上，开动搅拌器后放入钙离子电极及其氯电极，测出五种石灰剂量的电位值（mv），然后在半对数座标纸上，以算术座标为电位值，对数标为灰剂量，绘制工作曲线。

钙电极测试仪随着气温、湿度的变化，以及汞电极内饱和氯化溶液含量的差异，其电动电位值有时有漂移现象，因此，在使用标准剂量工作曲线前，应从配制好的标准浸提液中取一个样本进行复测，如果位值不同于上次测定结果，可过这一点引与初次绘制的标准工作曲线的平行线作为新的工作曲线。

笔者做过大量测试，发现漂移现象有时比较严重，但基本上都属于平行漂移。

因此，取一个样本进行复测不但可大大减小工作量，同时又起到对工作曲线复检校正的作用。

7应用简例
沪宁高速公路试验路段，二灰碎石的混合料组成设计为碎石80%，石灰粉煤灰占20%。

设计石灰剂量为石灰：
粉煤灰=1：2。

先掺制五种剂量为1：
1、1：
2、1：
3、1：
4、1：5的二灰再按设计级配要求配制级配碎石，并按二灰：
级配碎石为20：80的比例配制五种二灰碎石混合料。

充分拌匀，分制用四分法缩减至1000g，过2.5mm筛孔，取50g二灰样本制备浸提液，8月10日首次测试结果为：
电位（mv）44.54952.558.365.3
剂量（%）16..350
据此测理结果，在半对数纸上可作出灰剂量电位与相对应的工作曲线。

工作曲线须经常驻校正，如8月11日和8月18日测定标准剂量为25%的电位值分别为51.3和58mv，8月18日偏差太大，须重新制作工作曲线。

将施工现场取来的具有代表性的二灰碎石样本拌匀，四分法取1000g，若二灰碎石含水过高或过低，应凉晒或加水调至最佳含水量。

沪宁高速公路试验路段某桩号8月18日现场取样，测定其电位值为59.1mv，查8月18日工作曲线，求得灰剂量为31%。