矿料岩性评价方法及其试验研究

■段乃民 ■广东省路桥建设发展有限公司，广东 广州 510000

矿料岩性关系到沥青与矿料的粘附性进而影响沥青混合料的路用性能，目前，针对矿料岩性是根据组成矿料的矿物成分中SiO2的含量来判定，SiO2含量大于65%即认为矿料呈酸性，SiO2含量小于52%即认为矿料呈碱性，而介于52%和65%之间时，认为矿料呈中性，由于要准确测定矿料中SiO2的含量比较困难，导致依据SiO2含量来判定矿料的岩性实际当中难以操作。本文对矿料岩性方法进行了探讨，尝试了采用PH值法、碱值法和表面Zata电势法来评价矿料的岩性，并采用上述方法对石灰岩、花岗岩、石英岩和玄武岩四种典型矿料的岩性进行了试验研究，试验结果表明，采用PH值法对矿料岩性进行判别其区分度不好，但碱值法和表面Zata电势法对矿料的岩性有较好的判别能力。

1 矿料岩性的PH值表征方法

1.1 PH值定义

pH值，亦称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。通常情况下(25℃、298K左右)，当pH＜7的时候，溶液呈酸性，当pH＞7的时候，溶液呈碱性，当pH=7的时候，溶液为中性。

1.2 实验方法

(1)仪器:雷磁pHSJ-3F型精密pH计。

(2)测定方法:pH值是表征溶液酸碱程度的指标，固体和液体的pH值一般不能直接测量。为了考察几种矿料的pH值，先将过量的矿料加入到蒸馏水中，在随后放入130℃油浴锅中回流煮沸30分钟，冷却后放置24小时，测量上层清液的pH值。

1.3 结果与讨论

本文使用上述方法测定了四种矿料的pH值，如表1所示。

表1 四种矿料的pH值

如表1所示，四种矿料pH值由大到小顺序为花岗岩、玄武岩、石灰岩、石英岩，而通常情况下石灰岩是碱性石料，其他几种是酸性矿料，试验结果与实际情况不符。此外，从试验数据来看，不同矿料水溶液的PH值相差无几，表明采用矿料水溶液的PH值来判定矿料的岩性区分度不是太好。

2 矿料碱值的测定

2.1 碱值的定义

矿料的岩性通常是按矿料化学成分中SiO2含量的多少来区分的，SiO2含量大于65%的矿料为酸性矿料，SiO2含量小于52%的矿料为碱性矿料，SiO2含量在52%～65%的矿料为中性矿料。各种矿料中SiO2的含量虽有一定的范围，但要较准确地确定矿料的岩性，必须对矿料的化学组成进行分析。而矿料成分分析比较麻烦，需要时间长。本文提出了用相对比较的方法来确定矿料的岩性强弱，即用分析纯的碳酸钙作为标准，其它矿料的岩性强弱都与碳酸钙比较，这样就可得到各种矿料的岩性相对强弱。该方法的理论依据是酸碱质子理论:“凡能与质子(H+)结合的物质都是碱。”测定方法是采用一定浓度的酸对一定粒径的矿料进行侵蚀，然后测定溶液中消耗掉的H+离子浓度进行比较，并定义二者的比值为该矿料的“碱值”。

各种矿料接受质子的能力不同，消耗掉的氢离子浓度也不相同，故碱值的大小不一样，因此，可以根据矿料的碱值大小，确定其岩性的相对强弱。

2.2 结果与讨论

我们用上述方法测定了四种矿料的碱值，其结果见表2。

表2 四种矿料的碱值

由试验结果可知，四种矿料的碱值由大到小的顺序为:石灰岩、玄武岩、花岗岩、石英岩。这与前述矿料的岩性通常按矿料中SiO2的百分含量分类是吻合的。如典型的石灰岩中SiO2的含量为1.01%，属碱性矿料，碱值大;花岗岩中SiO2含量为69.62%，属酸性矿料，其碱值小。试验结果与事实吻合。

用该方法测定的虽是“碱值”，但对碱性矿料或酸性矿料都适用。因为“碱值”是选择纯的碳酸钙作标准而得到的相对数值，所以不论什么矿料都可以与标准物进行比较而得到“碱值”。

3 矿料表面Zeta电势的测定

3.1 Zeta电势的定义

Zeta电位所代表的就是剪切面的电位，很多情况下它是用来衡量胶体分散系稳定性的一个重要指标，它还有其它的名称也可以称为电动电位或者电动电势。

正反离子相吸性就是它的原理所在。原理其实很简单，即分散的细小粒子表面带有电荷，如果在它旁边有反号离子那么它就会吸引反号离子。两相界面所包含的反号离子会呈扩散状态分布从而形成一种特殊的电层，既扩散双电层。双电层可以分类成2部分，说的具体一点就是Stern层以及扩散层。在这里有一个概念剪切面，指的就是稳定层和扩散层相互之前发生了相对位移的滑动面面，当然有一个前提条件就是分散例子处于外电厂作用下。Zeta电位或电动电位指的就是远离剪切面的流体的某点相对于剪切面的电位。Zeta电位可以直接测得依据的是电动现象。

Zeta电位的数值与胶态分散的稳定性有着十分重要的联系，这也是Zeta电位的重要意义。Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。分散粒子的半径越小，Zeta电位(正或负)越高，从而体系越来越稳定，理解的简单些就是溶解或分散可以用来抵抗聚集。从相反的方面来说，Zeta电位(正或负)越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。

图1 双电层模型图

公路所使用的用矿物材料，属与混合物，而这种混合物是由很多种单质化合物组成的，混合物的矿物材料的配比决定了她的材料性质。当矿物材料被粉碎成细小的颗粒作为分散相分散于介质水中，从而在每一个颗粒的附件都会形成双电层。多余的反离子的净电荷被包含在扩散层内，在电场的作用下这些离子发生了位移。因为所包含的离子是水合离子，所以当离子本身运动的时候会带动水一起发生位移，矿物材料表面普遍带有电荷的性质决定了水的运动方向，简单点阐述矿物材料表面普遍带有电荷的性质不同，其导致的水的运动的方向也不同。由此可见矿物材料表面所带有的电荷的性质可以根据液体的运动方向来判断。电荷密度越大，Zeta电位也就越大。矿物材料表面占主导地位的电荷密度在双电层厚度确定的条件下决定了电势的大小。这个电势就是被我们测试出来的电势，这个电势就是矿料与水两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差。

3.2 实验方法

使用OPTION菜单中的SETTING，进行电压等的设定，并输入样品的pH值，按启动，图象上颗粒会随电极的切换左右移动，使用快捷键调节所需画面和画质，稍后按存盘，程序截取图象供分析计算用。选取清晰颗粒进行zeta电势的计算，同时判断颗粒的带电状态。

3.3 结果与讨论

按照上述方法测定了4种矿料的Zeta电势，如表3所示。

表3 四种矿料的Zeta电势

从试验结果来看，四种矿料中石灰岩和玄武岩带正电荷，而花岗岩和石英岩带有负电荷。以Zeta电势来看，石灰岩和玄武岩应当属于碱性矿料，花岗岩和石英岩属于酸性矿料。试验结果与事实吻合。

4 结论

通过“碱值法”和“表面Zata电势法”进行矿料岩性实验得出以下结论:

(1)“碱值法”和“表面Zata电势法”可以有效评价矿料酸碱性，并且该实验方法具有极好的可靠性以及区分度。可以进行进一步相关岩性检验推广应用。

(2)试验结果表明:矿料浸水溶液酸碱性与矿料岩性无明显相关性。因此，通过测定矿料溶液PH值并以此来判断矿料岩性精确度离散型较大，不具有可靠性。

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