EDTA滴定法测定水泥剂量的化学反应原理及操作要点.doc

EDTA滴定法测定水泥剂量的化学反应原理及操作要点 摘要EDTA滴定法是测定水泥稳定土中水泥剂量最为常用的一种方法，它简单、快捷、性质稳定，深受公路试验检测人员的喜爱。但在工作实际中，笔者却发现有很多试验人员对反应原理却认识不清，这使得他们在工作中往往抓不住要点，试验具有一定的机械性和盲目性（不知所加试剂的作用）,并时有不当或错误操作，致使试验结果产生较大偏差。笔者根据多年学习（化学）及实际公路检测经验，认为很有必要对EDTA滴定法测定水泥剂量的化学反应原理及试验操作要点做出更为深入一步的分析和阐述，以此来提高试验检测人员的理论素养和试验视野，使他们能够充分明白并且掌握原理，抓住要点，从而更好地完成公路试验检测工作。本文讲述了EDTA滴定法测定水泥稳定土中水泥剂量的化学反应原理及操作要点。 关键词EDTA滴定法 水泥剂量 化学反应原理 操作要点 中图分类号：K826.13 文献标识码：A 文章编号： 一、反应原理 EDTA滴定法测定水泥稳定土中水泥剂量的原理即实质就是EDTA与水泥稳定土中的二价钙离子Ca2+反应，通过EDTA的消耗量(体积)求出水泥稳定土中钙离子的浓度，进而求出水泥稳定土中的水泥含量，即水泥剂量（钙离子浓度与水泥剂量存在着一一对应的关系，EDTA与水泥剂量存在良好的线性关系1）。具体反应如下： 在弱酸性(NH4Cl溶液提供)条件下，水泥中的硅酸二钙2CaO?SiO2、硅酸三钙3CaO?SiO2、铝酸三钙3CaO?Al2O3和铁铝酸四钙4CaO?Al2O3?Fe2O3等这些水泥的主要成分分别与NH4Cl反应，生成CaCl2，从而溶出水泥稳定土中的二价钙离子Ca2+，反应方程式如下： 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与Ca2+反应（用EDTA标准溶液滴定水泥稳定土中溶出的Ca2+,钙红为指示剂， NaOH为缓冲剂，PH12.513），通过EDTA的消耗量（体积）计算出溶液的钙离子的浓度。化学方程式如下： 首先，钙离子与指示剂离子反应生成可溶性的钙-指示剂络合物（玫瑰红色）： Ca2+ + Ind2-CaInd（玫瑰红色）； 然后EDTA与钙指示剂络合物反应，夺取钙指示剂络合物中的钙离子并生成EDTA钙络合物（EDTA对钙离子的亲和力大于指示剂离子Ind2-对钙离子的亲和力），同时使指示剂游离而使溶液滴定终点变蓝（碱性条件下）： CaInd + EDTACaEDTA + Ind（钙指示剂，蓝色） 最后根据Ca2+的浓度我们就可以计算出水泥稳定土中的水泥含量即水泥剂量。 以上即为EDTA滴定法测定水泥稳定土中水泥剂量的化学反应原理，它也是公路工程无机结合料稳定材料试验规程 (JTG E51-2009)中EDTA标准曲线绘制的理论依据（EDTA与水泥剂量存在良好的线性关系）。 二、操作要点 1、试验室建设 试验室（尤指工地试验室）建设要满足温度要求（标准试验室温度），以保证科学滴定的实现以及药品性能的正常发挥。实践中很多工地试验室的化学室温度条件都得不到满足（没有配备空调，即使有也存在着有而不用或不正确使用的状态），很多化学试剂直接就曝晒在阳光之下，这都影响了药品性能的正常发挥（这里将试验人员素质归结为试验室建设要素之一，故列入试验室建设范畴）。 2、取样要有代表性、制样要及时 取样要按四分法进行，多选有代表性点，数量要满足要求，土样要均匀,级配要合理,含水率要有所保证（含水率不超过2%2,距最佳含水率），尽量减小取样过程对试验结果造成影响。 制样要及时，称样要准确，溶液搅拌要充分，以使水泥稳定土中的钙离子Ca2+能够在溶液中充分浸出。随后及时检验，尽量在水泥终凝以前完成试验，这样钙离子Ca2+几乎能够百分之百被浸出且被滴定，大大增加了试验的精确程度。相反，如果取样没有代表性，制样与试验也不及时，那么会造成溶液中钙离子的浸取不完全，滴定不完全，从而影响试验结果的准确性与稳定性。尤其是龄期的影响，如果水泥稳定土的龄期比较长，必要时还需要增加龄期的校正以保证水泥剂量测定结果的准确性，这就大大增加了分析的成本及繁琐性，同时也不利于施工的正常进行。 3、试剂的影响3及过程因素 1）NH4Cl溶液的影响 NH4Cl溶液的配制要准确，瓶装NH4Cl及4500ml瓶装蒸馏水标筒在使用前必须要重新进行称重及标定。配制好的NH4Cl溶液要避光放置且存期不可太长(最好当天配制当天用完),以防分解及浓度下降，从而影响钙离子的完全浸出（钙离子浸出不完全），造成测定结果的偏低。 2）配制NaOH溶液时,三乙醇胺溶液（分析纯）的加入量(2ml)要控制好，这样有利于对溶液中Al3+、Fe3+的掩蔽，使滴定终点更好确定，从而增加试验精度（NaOH溶液中加入三乙醇胺的作用是在碱性条件下三乙醇胺与溶液中的Al3+、Fe3+形成更为稳定的配合物，从而避免它们在滴定Ca2+时对试验造成的干扰）。 3）PH 值的调节 PH值的调节整个试验的关键环节，因为只有在这个条件下(PH12.5-PH13),溶液中的Mg2+才会与OH-反应生成Mg（OH)2沉淀,避免Mg2+对试验的干扰。 4）EDTA标准溶液的配制必须严格按照规范，且放置时间不宜过久,否则容易造成浓度降低，致使测定结果偏高。同时要注意的是滴定现场所用EDTA标准溶液的浓度一定要尽量保持与制定标准曲线时所用EDTA标准溶液的浓度一致或相近,以此减小试验误差。 5）指示剂的使用 钙红指示剂要选用分析纯，使用过程中要注意防潮、防湿，加入的剂量也一定要适宜。这样一是有利于良好滴定终点的确定，二是可以防止测定结果的偏高。 6)读数要准确 移液管、滴定管的使用要严格按照化学分析的标准操作，读数时一定要使滴定管内溶液的弯月面与刻度线相切。在移液和滴定的过程中切忌直接用手紧握移液管和滴定管的中部。 7）滴定速度 EDTA滴定钙离子的反应速度较慢,滴定时一定要缓慢进行,尤其是接近终点时更要放慢滴定速度,同时加强搅拌，缓慢滴定至溶液变蓝,防止滴速过快造成的检验结果的偏高。 8）标准曲线的一点要求 标准曲线是滴定结果的唯一对照标准，其重要性与准确性尤为可见，这里不加详述；但只强调一点：即绘制(水泥剂量-EDTA)标准曲线要严格按照规范进行，材料变化时一定要及时、重新进行标定，尤其是拌和用水的选择。试验室拌制土样所用水样与施工现场拌制水稳的水样一定要保持高度的一致，否则将严重影响曲线的质量和意义，造成曲线的不可使用。对此试验人员必须要引起足够的重视，切不可因疏忽大意而影响了整个试验及后续施工的正常进行。 总结：以上是对EDTA滴定法测定水泥稳定土中水泥剂量化学反应原理及试验操作要点的阐述，也是笔者多年来实际工作