岩棉酸度系数的测定方法

张亚涛

(安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院,安徽 蚌埠 233000)

随着国家经济的发展和人民生活水平的提高,建筑物的节能环保,以及由此引起的外墙保温防火安全问题开始受到关注。国家安全部在2011年发布了【2011】65号文件,要求民用建筑外墙保温材料必须使用A级不燃材料[1],然而,聚合物泡沫板存在易燃的安全隐患,无机保温材料的施工工艺很难保证质量,极易造成后期保温层的开裂和脱落,岩棉依其不燃、降噪、保温隔热、防火无毒和原料丰富而成为广受市场欢迎的建筑保温材料之一[2,3]。

岩棉是以玄武岩或辉绿岩为主要原料,在熔融状态下经过喷吹、离心等工艺制成的一种人造无机纤维状矿物棉[1,4]；矿渣棉是以矿渣为主要原材料。岩棉和矿渣棉同属矿物棉,由于他们原料成分不同,造成酸度系数(二氧化硅、三氧化二铝质量分数之和与氧化钙、氧化镁质量分数之和的比值,表征其酸碱特征)不同,矿渣棉的酸度系数一般在1.2左右,很难超过1.3,结构稳定性较差,岩棉的酸度系数一般在1.5、1.6以上[5,6],但他们在纤维形态、导热系数和不燃性等方面存在很多共同点,酸度系数成为区分二者的重要指标之一；另外,酸度系数与化学耐久性、抗拉强度、柔性和脆性,以及吸水性密切相关,酸度系数越大,其纤维强度越大,碱金属氧化物含量越低,其化学耐久性(岩棉耐粘结剂和抹面砂浆等碱性材料腐蚀性能)与抗水解能力越强,热稳定性越好,环保功能越高(纤维不易断裂和产生粉尘)[7-10]。因此,岩棉的酸度系数作为一项化学指标,越来越受到人们的重视。

李巍[1]等用X-射线荧光光谱法对岩棉的酸度系数进行测试分析,认为该方法操作简单、快速、准确度和精密度均符合国家标准规范要求；并且2018年11月1日实施的《矿物棉及其制品试验方法》GB/T5480-2017中增加了电感耦合等离子发射光谱仪法进行酸度系数测定,并规定此法为仲裁法。上述两种方法,尽管在工作效率等方面有了很大提高,但是仪器设备都投入较大,且X-射线荧光光谱法试样的基体效应和光谱重叠干扰对结果影响很大,且很难消除。因此,上述两种方法在现阶段推广需要一定的时间,而化学分析法尽管繁琐耗时,但试验室投入较小,对试验环境的要求也相对不高,推广容易,见效快,仍是现阶段岩棉制品酸度系数检测的主要方法。

1 新旧标准中酸度系数相关内容的异同

《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010中规定岩棉制品的酸度系数不小于1.6,试验方法按照GB/T5480进行,现行的GB/T5480为《矿物棉及其制品试验方法》GB/T5480-2017,与GB/T5480-2008比较,关于酸度系数的改动有：增加了一种测定三氧化二铝、氧化钙和氧化镁含量的方法——电感耦合等离子发射光谱仪法,并规定此法为仲裁法。该方法大致内容为：试样经高氯酸和氢氟酸分解,在盐酸酸性溶液中,使用电感耦合等离子体发射光谱仪测定三氧化二铝、氧化钙和氧化镁含量。

表1 《矿物棉及其制品试验方法》新旧标准中 酸度系数相关内容的异同

2 常规化学分析法测定岩棉制品的酸度系数

岩棉制品的酸度系数测定时,二氧化硅含量的测定只有常规化学分析法。而三氧化二铝、氧化钙和氧化镁含量的测定则有常规化学分析法和电感耦合等离子发射光谱仪法两种方式。

2.1 二氧化硅含量的测定

一般采用“重量法——硅钼蓝分光光度法”进行测定,基本过程为：先用碳酸钠熔融试样,然后用盐酸浸出后蒸干,再用盐酸溶解,过滤并将沉淀灼烧,接着用氢氟酸处理,其前后的质量差即为沉淀的二氧化硅,滤液中的二氧化硅用硅钼蓝分光光度法测定,二者相加得二氧化硅的含量。

GB/T1549-1994中的5.1与GB/T1549-2008中第6章中的区别见表2所示：

表2 《矿物棉及其制品试验方法》新旧标准中 二氧化硅含量测定方法异同

2.2 三氧化二铝的测定

三氧化二铝的常规化学测定法有：乙酸锌反滴定法和硫酸铜反滴定法两种方法。GB/T1549-1994中的5.5与GB/T1549-2008中第12章中的区别见表3所示：

表3 《矿物棉及其制品试验方法》新旧标准中 三氧化二铝含量测定方法异同

2.3 氧化钙的测定

对于氧化钙的测定,GB/T1549-1994中的5.6与GB/T1549-2008中第13章中都有EDTA络合滴定法,其方法可以概述为：在pH不小于12时,钙与EDTA定量生成稳定的配合物,用三乙醇胺和盐酸羟胺掩蔽铝、铁、钛,以钙黄绿素混合指示剂,用EDTA标准滴定溶液滴定氧化钙的含量,GB/T1549-2008中第13章中添加了一种新方法“原子吸收分光光度(AAS)法”,但该方法需要添置大型仪器,并且需要有放置可燃性压缩气体的试验室环境,这就严重限制了其推广使用,因此氧化钙的测定现阶段还是以EDTA络合滴定法为主。

2.4 氧化镁的测定

对于氧化镁的测定,GB/T1549-1994中的5.7与GB/T1549-2008中第14章中都有EDTA络合滴定法,其方法可以概述为：在pH=10时,镁、钙和锰与EDTA定量生成稳定的配合物,用三乙醇胺和盐酸羟胺掩蔽铝、铁、钛,以酸性铬蓝K-萘酚绿B混合指示剂,用EDTA标准滴定溶液滴定镁、钙、锰合量,差减后得氧化镁含量。但两个标准存在部分差别,并且GB/T1549-2008中第14章中添加了一种新方法“原子吸收分光光度(AAS)法”,但现阶段还是以EDTA络合滴定法为主(原因与2.3中相同)。

表4 《矿物棉及其制品试验方法》新旧标准中 氧化镁含量测定方法异同

3 结论

尽管新规范中规定了“电感耦合等离子发射光谱仪法”为测定酸度系数中三氧化二铝、氧化钙、氧化镁三个参数的仲裁法,但常规化学分析法仍是我国现阶段测定上述三个参数的主要方法；

GB/T5480-2008中测定酸度系数时,必须测定的氧化物为：二氧化硅、总铁(三氧化二铁)、二氧化钛、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁,GB/T5480-2017中测定酸度系数时,必须测定的氧化物为：二氧化硅、总铁(三氧化二铁)、二氧化钛、二氧化锆、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁和氧化锰；

新标准比旧标准多测二氧化锆和氧化镁两种氧化物；较于旧标准,新标准在二氧化硅、三氧化二铝和氧化镁含量测定时的误差将更小,即采用新标准中方法测定出的酸度系数将更准确。