EDTA滴定法測定水泥劑量的化學(xué)反應(yīng)原理及操作要點(diǎn).doc

EDTA滴定法測定水泥劑量的化學(xué)反應(yīng)原理及操作要點(diǎn) 摘要EDTA滴定法是測定水泥穩(wěn)定土中水泥劑量最為常用的一種方法，它簡單、快捷、性質(zhì)穩(wěn)定，深受公路試驗(yàn)檢測人員的喜愛。但在工作實(shí)際中，筆者卻發(fā)現(xiàn)有很多試驗(yàn)人員對反應(yīng)原理卻認(rèn)識不清，這使得他們在工作中往往抓不住要點(diǎn)，試驗(yàn)具有一定的機(jī)械性和盲目性（不知所加試劑的作用）,并時(shí)有不當(dāng)或錯誤操作，致使試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。筆者根據(jù)多年學(xué)習(xí)（化學(xué)）及實(shí)際公路檢測經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為很有必要對EDTA滴定法測定水泥劑量的化學(xué)反應(yīng)原理及試驗(yàn)操作要點(diǎn)做出更為深入一步的分析和闡述，以此來提高試驗(yàn)檢測人員的理論素養(yǎng)和試驗(yàn)視野，使他們能夠充分明白并且掌握原理，抓住要點(diǎn)，從而更好地完成公路試驗(yàn)檢測工作。本文講述了EDTA滴定法測定水泥穩(wěn)定土中水泥劑量的化學(xué)反應(yīng)原理及操作要點(diǎn)。 關(guān)鍵詞EDTA滴定法 水泥劑量 化學(xué)反應(yīng)原理 操作要點(diǎn) 中圖分類號：K826.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 一、反應(yīng)原理 EDTA滴定法測定水泥穩(wěn)定土中水泥劑量的原理即實(shí)質(zhì)就是EDTA與水泥穩(wěn)定土中的二價(jià)鈣離子Ca2+反應(yīng)，通過EDTA的消耗量(體積)求出水泥穩(wěn)定土中鈣離子的濃度，進(jìn)而求出水泥穩(wěn)定土中的水泥含量，即水泥劑量（鈣離子濃度與水泥劑量存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，EDTA與水泥劑量存在良好的線性關(guān)系1）。具體反應(yīng)如下： 在弱酸性(NH4Cl溶液提供)條件下，水泥中的硅酸二鈣2CaO?SiO2、硅酸三鈣3CaO?SiO2、鋁酸三鈣3CaO?Al2O3和鐵鋁酸四鈣4CaO?Al2O3?Fe2O3等這些水泥的主要成分分別與NH4Cl反應(yīng)，生成CaCl2，從而溶出水泥穩(wěn)定土中的二價(jià)鈣離子Ca2+，反應(yīng)方程式如下： 3CaO?SiO2 + 6NH4Cl3CaCl2 + H2SiO3 + 6NH3+ 2H2O 2CaO?SiO2 + 4NH4Cl2CaCl2 + H2SiO3 + 4NH+ 2H2O 3CaO?Al2O3 + 12NH4Cl3CaCl2 + 2AlCl3 + H2SiO3+ 12NH3+ 6H2O 4CaO?Al2O3?Fe2O3 + 20NH4Cl4CaCl2 + 2AlCl3 + 2FeCl3 + 20NH3+ 10H2O 然后EDTA與Ca2+反應(yīng)（用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定水泥穩(wěn)定土中溶出的Ca2+,鈣紅為指示劑， NaOH為緩沖劑，PH12.513），通過EDTA的消耗量（體積）計(jì)算出溶液的鈣離子的濃度?；瘜W(xué)方程式如下： 首先，鈣離子與指示劑離子反應(yīng)生成可溶性的鈣-指示劑絡(luò)合物（玫瑰紅色）： Ca2+ + Ind2-CaInd（玫瑰紅色）； 然后EDTA與鈣指示劑絡(luò)合物反應(yīng)，奪取鈣指示劑絡(luò)合物中的鈣離子并生成EDTA鈣絡(luò)合物（EDTA對鈣離子的親和力大于指示劑離子Ind2-對鈣離子的親和力），同時(shí)使指示劑游離而使溶液滴定終點(diǎn)變藍(lán)（堿性條件下）： CaInd + EDTACaEDTA + Ind（鈣指示劑，藍(lán)色） 最后根據(jù)Ca2+的濃度我們就可以計(jì)算出水泥穩(wěn)定土中的水泥含量即水泥劑量。 以上即為EDTA滴定法測定水泥穩(wěn)定土中水泥劑量的化學(xué)反應(yīng)原理，它也是公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程 (JTG E51-2009)中EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制的理論依據(jù)（EDTA與水泥劑量存在良好的線性關(guān)系）。 二、操作要點(diǎn) 1、試驗(yàn)室建設(shè) 試驗(yàn)室（尤指工地試驗(yàn)室）建設(shè)要滿足溫度要求（標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室溫度），以保證科學(xué)滴定的實(shí)現(xiàn)以及藥品性能的正常發(fā)揮。實(shí)踐中很多工地試驗(yàn)室的化學(xué)室溫度條件都得不到滿足（沒有配備空調(diào)，即使有也存在著有而不用或不正確使用的狀態(tài)），很多化學(xué)試劑直接就曝曬在陽光之下，這都影響了藥品性能的正常發(fā)揮（這里將試驗(yàn)人員素質(zhì)歸結(jié)為試驗(yàn)室建設(shè)要素之一，故列入試驗(yàn)室建設(shè)范疇）。 2、取樣要有代表性、制樣要及時(shí) 取樣要按四分法進(jìn)行，多選有代表性點(diǎn)，數(shù)量要滿足要求，土樣要均勻,級配要合理,含水率要有所保證（含水率不超過2%2,距最佳含水率），盡量減小取樣過程對試驗(yàn)結(jié)果造成影響。 制樣要及時(shí)，稱樣要準(zhǔn)確，溶液攪拌要充分，以使水泥穩(wěn)定土中的鈣離子Ca2+能夠在溶液中充分浸出。隨后及時(shí)檢驗(yàn)，盡量在水泥終凝以前完成試驗(yàn)，這樣鈣離子Ca2+幾乎能夠百分之百被浸出且被滴定，大大增加了試驗(yàn)的精確程度。相反，如果取樣沒有代表性，制樣與試驗(yàn)也不及時(shí)，那么會造成溶液中鈣離子的浸取不完全，滴定不完全，從而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。尤其是齡期的影響，如果水泥穩(wěn)定土的齡期比較長，必要時(shí)還需要增加齡期的校正以保證水泥劑量測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，這就大大增加了分析的成本及繁瑣性，同時(shí)也不利于施工的正常進(jìn)行。 3、試劑的影響3及過程因素 1）NH4Cl溶液的影響 NH4Cl溶液的配制要準(zhǔn)確，瓶裝NH4Cl及4500ml瓶裝蒸餾水標(biāo)筒在使用前必須要重新進(jìn)行稱重及標(biāo)定。配制好的NH4Cl溶液要避光放置且存期不可太長(最好當(dāng)天配制當(dāng)天用完),以防分解及濃度下降，從而影響鈣離子的完全浸出（鈣離子浸出不完全），造成測定結(jié)果的偏低。 2）配制NaOH溶液時(shí),三乙醇胺溶液（分析純）的加入量(2ml)要控制好，這樣有利于對溶液中Al3+、Fe3+的掩蔽，使滴定終點(diǎn)更好確定，從而增加試驗(yàn)精度（NaOH溶液中加入三乙醇胺的作用是在堿性條件下三乙醇胺與溶液中的Al3+、Fe3+形成更為穩(wěn)定的配合物，從而避免它們在滴定Ca2+時(shí)對試驗(yàn)造成的干擾）。 3）PH 值的調(diào)節(jié) PH值的調(diào)節(jié)整個(gè)試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因?yàn)橹挥性谶@個(gè)條件下(PH12.5-PH13),溶液中的Mg2+才會與OH-反應(yīng)生成Mg（OH)2沉淀,避免Mg2+對試驗(yàn)的干擾。 4）EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制必須嚴(yán)格按照規(guī)范，且放置時(shí)間不宜過久,否則容易造成濃度降低，致使測定結(jié)果偏高。同時(shí)要注意的是滴定現(xiàn)場所用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度一定要盡量保持與制定標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)所用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度一致或相近,以此減小試驗(yàn)誤差。 5）指示劑的使用 鈣紅指示劑要選用分析純，使用過程中要注意防潮、防濕，加入的劑量也一定要適宜。這樣一是有利于良好滴定終點(diǎn)的確定，二是可以防止測定結(jié)果的偏高。 6)讀數(shù)要準(zhǔn)確 移液管、滴定管的使用要嚴(yán)格按照化學(xué)分析的標(biāo)準(zhǔn)操作，讀數(shù)時(shí)一定要使滴定管內(nèi)溶液的彎月面與刻度線相切。在移液和滴定的過程中切忌直接用手緊握移液管和滴定管的中部。 7）滴定速度 EDTA滴定鈣離子的反應(yīng)速度較慢,滴定時(shí)一定要緩慢進(jìn)行,尤其是接近終點(diǎn)時(shí)更要放慢滴定速度,同時(shí)加強(qiáng)攪拌，緩慢滴定至溶液變藍(lán),防止滴速過快造成的檢驗(yàn)結(jié)果的偏高。 8）標(biāo)準(zhǔn)曲線的一點(diǎn)要求 標(biāo)準(zhǔn)曲線是滴定結(jié)果的唯一對照標(biāo)準(zhǔn)，其重要性與準(zhǔn)確性尤為可見，這里不加詳述；但只強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：即繪制(水泥劑量-EDTA)標(biāo)準(zhǔn)曲線要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，材料變化時(shí)一定要及時(shí)、重新進(jìn)行標(biāo)定，尤其是拌和用水的選擇。試驗(yàn)室拌制土樣所用水樣與施工現(xiàn)場拌制水穩(wěn)的水樣一定要保持高度的一致，否則將嚴(yán)重影響曲線的質(zhì)量和意義，造成曲線的不可使用。對此試驗(yàn)人員必須要引起足夠的重視，切不可因疏忽大意而影響了整個(gè)試驗(yàn)及后續(xù)施工的正常進(jìn)行。 總結(jié)：以上是對EDTA滴定法測定水泥穩(wěn)定土中水泥劑量化學(xué)反應(yīng)原理及試驗(yàn)操作要點(diǎn)的闡述，也是筆者多年來實(shí)際工作