改性石灰岩矿粉中消石灰掺量的检验方法

纪洪杰，李居铜，孔珍珍，张爱勤

(1.威海市文登公路管理局，山东文登 264400；2.山东交通学院 山东省高校路面结构与材料重点实验室，山东济南 250357)

改性石灰岩矿粉中消石灰掺量的检验方法

纪洪杰1，李居铜2，孔珍珍2，张爱勤2

(1.威海市文登公路管理局，山东文登 264400；2.山东交通学院 山东省高校路面结构与材料重点实验室，山东济南 250357)

借鉴公路工程EDTA测定石灰稳定土中石灰剂量的原理，针对掺加消石灰粉改性的石灰岩矿粉，提出一种适合检验其中消石灰掺量的修正方法。通过化学分析与计算确定，采用该方法检测改性石灰岩矿粉中的消石灰掺量时，试验代表性取样100 g，加入600 mL的氯化铵标准溶液才能将消石灰粉中的钙离子全部溶出。消石灰掺量的检测结果宜按矿料中消石灰的质量分数计算，以便控制改性石灰岩矿粉的生产质量。

石灰岩矿粉；EDTA；标准曲线；消石灰；掺量

威海市是鲁东半岛花岗岩分布的典型地区，石灰岩原料缺乏且CaCO3含量较低。因此，当地采用花岗岩筑路时，为提高沥青与花岗岩的黏附性，增强花岗岩沥青混合料的抗水剥落能力，常在石灰岩矿粉填料中掺加一定比例的生石灰粉或者消石灰粉[1-2]，通常采用后者。但由于该地区生产工艺与技术比较单一，造成矿粉中的消石灰粉掺量难以控制，质量波动较大，致使该地区采用掺加消石灰粉改性石灰岩矿粉的方法改善沥青混合料水稳定性的效果不够理想[3-4]。为控制消石灰粉的生产质量，保证对花岗岩沥青路面水稳性的改善效果，本研究探讨了EDTA法检测消石灰改性石灰岩矿粉中消石灰掺量的适用性。

1 消石灰改性石灰岩矿粉的应用现状

花岗岩、砂岩、石英岩等酸性石料坚硬、致密、耐磨性强，骨架嵌挤作用充分，用于铺筑沥青路面的突出问题是SiO2含量高，与沥青的粘附性差，修建路面的耐久性难以满足设计要求。因此，使用时必须采取抗剥落措施。一般，除使用针入度较小的高稠度沥青外，可同时采取用干燥的、细消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部分或者掺加抗剥剂等改善方法。

掺加消石灰粉改善热拌沥青混合料的粘附性，在国内外得到普遍认可：1)消石灰能降低集料表面电荷，降低其表面能而不与氢键结合，达到较好的水稳性。2)消石灰可使集料表面活化，提高沥青与其粘附力。3)消石灰可以提高沥青自身粘性。4)消石灰能生成独立的石灰石结晶质，增强与沥青的粘结。

文献[5]中要求：当粗集料与沥青的粘附性达不到要求时，应进行试验确定消石灰粉的掺加剂量，因各地石质不同，不宜照搬。一般，在沥青混合料中加入掺量(矿质混合料中消石灰的质分数量)为1.5%～2.0%的消石灰代替矿粉，以便达到规范规定的有关水稳性指标要求。为改善沥青与花岗岩的粘附性，提高花岗岩沥青路面的抗水损害能力，威海市常以消石灰替代部分石灰岩矿粉的预拌方法进行施工，其控制掺量为2.0%[6]。采用干法掺加石灰粉是我国最常用的方法之一，即将石灰粉与矿粉预混为成品，再加入拌和楼，或将石灰粉和矿粉一起加入拌和楼，使其在拌和过程中均匀分散在沥青混合料中。干法工艺简单，成本较低，但改善效果有限，由于现行规范缺乏石灰掺加剂量的检测方法，因而掺加数量和生产质量较难控制。

2 消石灰掺量检测方法的确定

对于控制矿粉中消石灰的掺加剂量，我国目前尚未制定相应的检验方法。为严格控制矿粉中消石灰粉的掺量，充分发挥其优势，减少负面影响，借鉴文献[7]水泥或石灰稳定土中水泥或石灰剂量(土中水泥或石灰的质量分数)测定方法(EDTA滴定法)，优化试验设计，并通过试验分析确定较为合理的检验石灰岩矿粉中消石灰掺量的方法。

2.1检测方法

EDTA滴定法适用于工地快速测定水泥和石灰等无机结合料稳定土中的灰剂量，并可用以检查混合料拌和的均匀性。其优点是不受水泥和石灰稳定土龄期(7 d以内)的影响，且简便快速。

EDTA滴定法的原理是，先用质量浓度为10%的NH4Cl弱酸溶出石灰(水泥)稳定材料中的钙离子，然后用EDTA二钠标准溶液夺取钙离子，绘制EDTA二钠标准溶液的消耗量与相应的石灰(水泥)剂量的近似线性关系[8]。其化学反应方程式[9]为

Ca(OH)2+ 2NH4Cl → CaCl2+ 2NH3·H2O.

由试验原理推测，检测掺加消石灰粉改性石灰岩矿粉中消石灰粉的掺量，可以通过钙离子的含量确定，用EDTA二钠标准溶液的消耗量来标定钙离子。因此，选用EDTA滴定法确定矿粉中的消石灰掺量是完全可行的。

2.2试验方案设计

表1 EDTA二钠标准液滴定7种消石灰掺配的矿粉试验结果

1)确定消石灰改性石灰岩矿粉代表性试样的量

取工地矿粉和消石灰粉试样各100 g，用烘干法测定矿粉和消石灰粉中水的质量分数分别为0.34%和0.22%。参照石灰稳定土中石灰剂量的测定方法，每份混合料配制300 g。以消石灰粉和矿粉中实际水的质量分数计算，配制消石灰粉掺量(按外掺法计)分别为0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%的7种比例进行实验，测定结果见表1。

由表1可以看出，消石灰粉掺量为0～30%时，EDTA消耗量呈较明显增长趋势；消石灰粉掺量>30%时，EDTA消耗量缓慢增长，且增量变化很小。该现象显然同消石灰掺量与EDTA体积消耗量呈正比的结论相矛盾，这说明仅简单地借鉴此方法，配制300 g混合料试样进行试验，不适合消石灰改性矿粉的石灰掺量检测。

采用化学方法分析导致上述现象的原因。EDTA滴定灰剂量试验中需加入质量浓度为10%氯化铵溶液600 mL以溶出试样中的Ca2+，化学反应方程式为

Ca(OH)2+2NH4Cl→CaCl2+2NH3·H2O.

计算结果说明，消石灰掺量为60%时所需氯化铵溶液为1 625.3 mL。也就是说，当消石灰掺量为60%时，至少应加入1 625.3 mL的氯化铵溶液，才能将消石灰中的钙离子全部溶出。可见，按照EDTA滴定灰剂量的方法，仅取用600 mL氯化铵溶液是不够的，这是造成试验结论与实际不符的主要原因。因此，要借鉴EDTA滴定法检测消石灰改性石灰岩矿粉中的石灰剂量，必须依照该试验原理进行取样修正。

考虑矿粉与消石灰粉均为细粒料，<0.075 mm颗粒的质量均达80%以上，按照取样原则，可减少代表性试样的试验数量。若将试验试样由300 g减少至100 g，则所需氯化铵溶液的体积约为542 mL。通常，石灰稳定土中石灰剂量为8%～14%，文献[7]中采用5种试样，每种2个样品，为溶出试样中的Ca2+，在烧杯内先加入质量浓度为10%的氯化铵溶液600 mL。

若工地实际消石灰粉掺量达到70%时，按同样的方法计算得出需要质量浓度为10%的氯化铵溶液的体积为595 mL。

考虑试验时需将消石灰粉中的Ca2+充分溶出，可以加入过量的氯化铵溶液，因此，对于100 g消石灰改性石灰岩矿粉代表性试样，按照文献[7]的方法，加入600 mL质量浓度为10%的氯化铵溶液进行络合滴定试验满足要求。

2)试验方法

试验所需4种试剂分别为：浓度为0.1 mol/m3乙二胺四乙酸二钠(简称EDTA二钠)标准液、质量浓度为10%的氯化铵(NH4Cl)溶液、质量浓度为1.8%的氢氧化钠(内含三乙醇胺)溶液、钙红指示剂，按照规范规定的标准方法配制试剂。

3)绘制消石灰改性石灰岩矿粉EDTA标准曲线

组配消石灰粉掺量分别为0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70% 8种消石灰改性石灰岩矿粉，取100 g试样进行滴定实验。检测步骤为：称取9种试样，每种平行取2个样品，分别将试样置于洁净的烧杯中，并加入600 mL质量浓度为10%的氯化铵溶液；按110～120次/min搅拌速率搅拌3 min，静置沉淀，并将上部清液移至300 mL烧杯内搅匀待测；用移液管吸取10 mL液体放入200 mL锥形瓶内，加入500 mL质量浓度为1.8%的氢氧化钠(内含三乙醇胺)溶液，调节溶液pH值为12.5～13.0，然后加入约0.2 g钙红指示剂，摇匀至溶剂呈玫瑰红色；记录滴定管中EDTA二钠标准溶液初始体积V1，用EDTA二钠标准溶液滴定，观察并记录溶液变至纯蓝色(终点)滴定管中EDTA二钠标准溶液体积V2；计算EDTA二钠标准溶液的消耗量。

滴定9种消石灰掺量的石灰岩矿粉所消耗的EDTA二钠标准液的试验结果见表2。

表2 8种消石灰粉掺量的改性石灰岩矿粉EDTA二钠标准液滴定试验结果

以消耗EDTA二钠标准液的平均体积为纵坐标，消石灰粉掺量为横坐标，绘制标准曲线如图1。

图1 消石灰改性石灰岩矿粉EDTA标准曲线

3 试验可靠性验证

表3 现场取样检测结果

从工地取消石灰改性石灰岩矿粉试样，采取上述方法用EDTA二钠标准溶液进行检测，EDTA二钠标准溶液滴定时的消耗量如表3所示。由表3知，EDTA二钠标准溶液的消耗量为45.93 mL，对照查找标准曲线(图1)，确定所对应的消石灰粉掺量为33%。按照密级配沥青混凝土中，矿粉用量一般为矿质混合料总量的5%换算，该消石灰掺量应为矿料总量的1.65%，满足文献[5]中消石灰掺量的基本要求。

4 结论

根据石灰稳定土的灰剂量检测原理，通过试验分析探索出改性石灰岩矿粉中消石灰掺量的检测方法。结论如下：1)可以利用EDTA滴定法检测石灰石矿粉中消石灰的掺量。2)与EDTA滴定石灰稳定土中石灰剂量取样300 g相比，检测矿粉中消石灰掺量时的取样应降低为100 g。3)按100 g湿混合料配制试样，加入600 mL新配制的质量浓度为10%的氯化铵溶液。4)将试验确定的消石灰掺量换算成矿料中消石灰的质量分数，以便依据标准进行质量评定与控制。

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ResearchonTestMethodofLimeDosageofModifiedLimestonePowder

JIHong-jie1，LIJu-tong2，KONGZhen-zhen2，ZHANGAi-qin2

(1.WendengHighwayAdministrationofWeihaiCity,Wendeng264400,China;2.KeyLaboratoryofPavementStructureandMaterialsofShandongHigherInstitutions,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250357,China)

This paper uses the principle of EDTA titrating lime dosage in the lime stabilized soil of highway engineering and puts forward the modified method which is suitable to test the slaked lime dosage. Through the chemical analysis and calculation, all the calcium ions in the slaked lime can be dissolved by using the representative sample in which 100 g of the slaked lime is mixed with 600 mL of the ammonium chloride standard solution when the method is adopted to detect the lime dosage of modified limestone powder. The test result of slaked lime dosage should be calculated according to the quality percentage of the slaked lime of the aggregate in order to control the production quality of the modified limestone powder.

limestone powder, EDTA;standard curve;slaked lime;lime dosage

郎伟锋)

2014-08-01

纪洪杰(1968—)，男，山东文登人，威海市文登公路管理局工程师，主要研究方向为道路与桥梁施工技术和试验检测.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.03.014

U414.103

A

1672-0032(2014)03-0066-05