道路用粉煤灰授课讲义(2010)

1、道路用粉煤灰授课讲义南京 2010一、基本概念n1、粉煤灰概念：粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃尽碳 n2、粉煤灰用途 ： 用于水泥和混凝土、生产建材产品、道路工程 等。n3、主要检测参数 烧失量 SiO2和Al2O3（Fe2O3）含量 二、检测依据n1、标准名称及代号n公路路面基层施工技术规范公路路面基层施工技术规范（JTJ0342000）n水泥化学分析方法水泥化学分析方法（GB/T176-2008）n用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596-2005）n粉煤灰石灰类道路基层施工及验收规程（CJJ4-1997）

2、n城镇道路工程施工与质量验收规范（CCJ1-2008）二、检测依据n2、技术指标 （JTJ0342000 ）（1）粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的总含量应大于70%（2）粉煤灰的烧失量不应超过20%（3）粉煤灰的比表面积宜大于2500cm2/g（或90%通过0.3mm筛孔，70%通过0.075mm筛孔）。（4）干粉煤灰和湿粉煤灰都可以应用。湿粉煤灰的含水量不宜超过35%二、检测依据n1、城镇道路工程施工与质量验收规范范CJJ1-2008规定：粉煤灰中的SiO2、Al2O3和Fe2 O3总量宜大于70%，在温度为700时的烧失量宜小于或等于10%。当烧失量大于10%时，应经试验确认强度

3、符合要求时，方可采用。n2、粉煤灰石灰类道路基层施工及验收规程CJJ4-1997规定：粉煤灰中的SiO2和Al2O3总量宜大于70%，在温度为700时的烧失量宜小于10%。 三、取样及制备要求三、取样及制备要求n（1）在组织现场施工以前以及在施工过程中，原材料(包括土)或混合料发生变化时，必须对拟采用的材料进行规定的基本性质试验，评定材料质量和性能是否符合要求。n（2）对用做底基层和基层的原材料，对于粉煤灰应进行烧失量的试验，目的是为了确定粉煤灰是否适用；频度为做材料组成设计前测2个样品 （JTJ034-2000）n3、样品制备：所取样品，应充分搅拌均匀，放入干净、干燥、不易受污染的容器中，供

4、各方技术指标检验用。四、试验方法四、试验方法n1、烧失量n仪器设备： （1）高温炉， （2）天平，精度0.0001g； （3）干燥器，内装变色硅胶 （4）瓷坩埚注意：粉煤灰的灼烧温度为700，不同于其他水泥所规定（95025） 使用温度控制器准确控制炉温，可控制温度在（70025），（90025），（95025）； 四、试验方法四、试验方法n分析步骤：分析步骤：称取约约1g试样，精确至0.0001g，（m1）放入已灼烧恒量的瓷坩埚中，将盖斜至于坩埚上，放在高温炉内，从低温开始逐渐升高温度，在（700）下灼烧15-20min，取出坩埚置于干燥器中冷却至室温，称量。反复灼烧反复灼烧，直至恒量。恒量

5、。（m2） n结果的计算与表示：结果的计算与表示：100121mmmwLOI精确至精确至0.01%LOIw-烧失量质量百分数，% 四、试验方法四、试验方法n注意事项：注意事项：n恒量：恒量：经过第一次灼烧、冷却、称量后，通过连续对每次15min的灼烧，然后冷却、称量的方法来检查恒定质量，当连续两次称量之差小于0.0005g时，即达到恒量。n试验次数为两次两次，用两次试验结果平均值来表示测定结果n重复性限0.15%，再现性限0.25%（绝对值）四、试验方法四、试验方法n2-1、二氧化硅测定（盐酸蒸干法）、二氧化硅测定（盐酸蒸干法）n原理：如果硅酸盐的成分很纯，当以盐酸处理时，仅仅有少量不被分解的

6、游离石英呈不溶性残渣存在，如果量很少，则盐酸的不溶解物作为SiO2而不至于有很大误差。如果硅酸盐中含有较多的SiO2，那么试样先用碳酸钠熔融，使试样中所含有的不溶性硅酸盐转化成可溶性硅酸盐，然后加酸让其他盐类溶解，从而分离出硅酸，再高温灼烧得SiO2。如果硅酸盐中SiO2含量不多，则采用烧结试样，既方便又迅速。四、试验方法四、试验方法n试剂：n盐酸（1:1） n无水碳酸钠固体n硝酸银 1% nHCl （1：5） 四、试验方法四、试验方法n（3）分析步骤：n酸溶样：精确称取试样0.5000克，放在250毫升烧杯中，用水润湿后盖上表面皿，从杯口倒入1：1HCl 1520毫升，待反应停止后，将烧杯放

7、在电炉上加热微沸5分钟，然后用中密滤纸过滤，以热的盐酸（1：5）洗涤残渣数次，再用热水洗涤至无Cl为止，将滤纸与不溶残渣放入恒重坩埚中灰化，然后在9501000的高温下灼烧1小时，冷却称重减去空坩埚质量就是SiO2的质量。滤液保存在500ml容量瓶中，用来测定Fe、Al、Ca、Mg离子等。四、试验方法四、试验方法n烧结熔样： （1）精确称取0.5000克试样，放在坩埚内先预烧一次，冷却后压碎； （2）加入0.30.5克无水碳酸钠，充分搅拌均匀，洗刷干净，使集中在坩埚底部的一旁，在高温下灼烧35分钟 （3）冷却后轻敲出烧结块，于蒸发皿中加盐酸（1：1）10ml溶解。 （4）用稀盐酸洗净铂坩埚，放

8、在水浴上蒸发至干，无盐酸味再蒸1h取下。四、试验方法四、试验方法 （5）冷去后加5ml盐酸润湿干涸物，放置5min，加水30ml，多加搅拌，使盐类溶解后，用中密滤纸过滤；用3:97盐酸洗涤45次,再用热水充分洗涤至氯根反应消失为止(AgNO3溶液检验)。（6）保存滤液在500ml容量瓶中（以备测定三氧化二铁、氧化钙、三氧化二铝、氧化镁等）（7）将沉淀及滤纸一并移入已灼烧恒重的坩埚中，灰化，再放在9501000的高温下灼烧30min，取出，冷却，称量，反复灼烧至恒重。SiO2%=100灼烧后沉淀重量（克）试样重（克）四、试验方法四、试验方法n2-2、二氧化硅测定（基准法）、二氧化硅测定（基准法）

9、n方法提要：方法提要：试样以无水碳酸钠烧结，盐酸溶解，加入固体氯化铵于蒸汽水浴上加热蒸发，使硅酸凝聚，经过滤后称量。用氢氟酸处理后，失去的质量即为胶凝性二氧化硅含量，加上从滤液中比色回收的可溶性二氧化硅含量即为总二氧化硅含量。 四、试验方法四、试验方法n方法原理方法原理：硅酸盐中除碱金属硅酸盐（Na2SiO3、K2SiO3）可溶于水外，只有少数硅酸盐可被酸完全分解，大部分硅酸盐即不溶于水又不溶于酸，因此在测定硅酸盐中的二氧化硅的含量时，必须借熔融的方法，使其转变为碱金属硅酸盐，然后用酸分解、脱水将二氧化硅分离出来。在含有硅酸的浓盐酸溶液中加入足量的固体氯化铵，由于氯化铵的水解，夺取了硅酸颗粒中

10、的水分，加速了脱水过程，使硅酸的水溶胶变成水凝胶。四、试验方法四、试验方法n分析步骤：分析步骤：n（1）胶凝性二氧化硅测定nA、试样（m1，约0.5g，精确至0.0001g，铂坩埚）灼烧（950-1000，5min）冷却玻璃棒压碎块状物（加快反应速度）加入无水碳酸钠（0.300.01g，磨细至粉末状）混合均匀灼烧（950-1000，10min）冷却烧结成块n目的：熔融形成碱金属硅酸盐 四、试验方法四、试验方法nB、烧结块移入蒸发皿，加少量水润湿用玻璃棒压碎块状物盖上表面皿加酸（盐酸，质量分数36-38%，5mL；硝酸质量分数，65-68%，2-3滴）反应反应停止后取下表面皿，压碎块状物，使其完

11、全分解洗涤坩埚（盐酸（1+1），数次）洗液合并于蒸发皿蒸汽水浴蒸发至糊状加氯化铵（约1g）充分搅拌蒸发至干后继续蒸发10-15min；n目的：酸溶解和利用氯化铵脱水 四、试验方法四、试验方法nC、溶解蒸发产物（热盐酸，（3+97），10-20mL）过滤（中速，定量滤纸）沉淀物处理（热盐酸，（3+97），洗涤3-4次，然后用热水洗涤直至检验不到氯离子）滤液和洗涤液收集于250mL容量瓶中n目的：收集可溶性二氧化硅 四、试验方法四、试验方法nD、沉淀物和滤纸移入铂坩埚电炉干燥灰化灼烧，高温炉（950-1000，60min）冷却反复灼烧恒量（m2）nE、坩埚内加水润湿沉淀加酸（3滴硫酸（1+4），1

12、0mL氢氟酸）电热板升温去除三氧化硫灼烧，高温炉（950-1000，30min）冷却反复灼烧恒量（m3）n目的：对于不溶性二氧化硅进行处理四、试验方法四、试验方法n（2）经氢氟酸处理后的残渣的分解 残渣加入焦硫酸钾（K2S2O7，0.5g）熔融（喷灯）熔块溶解（热水+数滴盐酸（1+1）溶液合并入容量瓶稀释至标线获得溶液A此溶液可用于测定滤液中残留的可溶性二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝等；四、试验方法四、试验方法n（3）可溶性二氧化硅的测定-硅钼蓝分光光度法 从溶液A中吸取25.00mL溶液放入100mL容量瓶中，加水稀释至40mL，依次加入5mL盐酸（1+10）、8mL乙醇、6mL钼酸铵，摇

13、匀，放置30min后加入20 mL盐酸（1+1）、5 mL抗坏血酸溶液，用水稀释至标线，摇匀。放置60min后，用分光光度计，10mm比色皿，以水作参比，于波长660nm处测定溶液吸光度，在工作曲线上查出二氧化硅的含量（m4）。 注意： m4的单位是毫克。四、试验方法四、试验方法n结果计算与表示结果计算与表示n（1）胶凝性二氧化硅质量百分数：nm1-试样质量；m2-灼烧后未经氢氟酸处理的沉淀及坩埚质量；m3-经氢氟酸处理并灼烧后的沉淀及坩埚质量100mmm132sio2胶凝w四、试验方法四、试验方法n可溶性二氧化硅质量百分数：n二氧化硅总质量百分数 10010002525041sio2mmw可

14、溶胶凝可溶总www四、试验方法四、试验方法n注意事项：注意事项：n（1）试验次数为两次两次，用两次试验结果平均值来表示测定结果n（2）重复性限0.15%，再现性限0.20%（绝对值）n（3）精确至精确至0.01%四、试验方法四、试验方法n2-3、二氧化硅测定（代用法）、二氧化硅测定（代用法）n方法提要：方法提要：在有过量的氟、钾离子存在的强酸性溶液中，使硅酸形成氟硅酸钾沉淀。经过滤、洗涤及中和残余酸后，加入沸水使氟硅酸钾沉淀水解生成等物质的量的氢氟酸。然后以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准溶液进行滴定。 四、试验方法四、试验方法n方法原理：方法原理：硅酸盐试样用KOH或NaOH熔融，使之转化为可溶

15、性硅酸盐，如K2SiO3。K2SiO3在过量KCl、KF的存在下与HF（HF有剧毒，必须在通风橱中操作）作用，生成微溶的氟硅酸钾（K2SiF6），将生成的K2SiF6沉淀过滤。由于K2SiF6在水中的溶解度较大，为防止其溶解损失，将其用KCl-乙醇溶液洗涤。然后用NaOH溶液中和溶液中未洗净的游离酸，随后加入沸水使K2SiF6水解，生成HF，水解生成的HF可用NaOH标准溶液滴定，从而计算出试样中SiO2的含量。四、试验方法四、试验方法n分析步骤：分析步骤：n（1）制备溶液）制备溶液B：n试样（m1，约约0.5g，精确至，精确至0.0001g）银坩埚加入氢氧化钠氢氧化钠（6-7g）灼烧灼烧（6

16、50-700，熔融，熔融20min，期间取出摇动一次，期间取出摇动一次）取出冷却放置在烧杯中（300mL体积，其中盛有100mL的沸水）盖上表面皿在电炉上适当加热，使熔块完全浸出取出坩埚，用水冲洗在搅拌下一次加入25-30mL盐酸盐酸，再加入1mL硝酸硝酸用热盐酸（热盐酸（1+5）洗净坩埚和盖溶液加热煮沸冷却至室温移入250mL容量瓶用水稀释至标线，摇匀。获得溶液B四、试验方法四、试验方法n（2）形成KCL、KF过饱和溶液n吸取50.00mL溶液B，放入塑料杯塑料杯中加入硝酸（10-15mL）搅拌冷却（30以下）加入氯化钾至饱和（仔细搅拌，注意压碎大颗粒的氯化钾，有氯化钾析出）再加入氯化钾和氟

17、化钾溶液（氯化钾，2g，氟化钾，150g/L）30下放置15-20min，期间搅拌1-2次过滤（中速滤纸）洗涤塑料杯和沉淀（用50g/L的氯化钾溶液洗涤3次，洗涤过程中使固体氯化钾溶解，洗涤液总量不超过25mL） 四、试验方法四、试验方法n（3）中和沉淀和滤纸中过量的酸n滤纸和沉淀物置于原塑料杯中加入氯化钾-乙醇溶液（10 mL，50g/L）和1 mL酚酞指示剂（10g/L）氢氧化钠标准溶液滴定至红色。（注意：1、时间要求尽可能短，避免沉淀物水解；2、仔细搅动，挤压滤纸，擦洗杯壁）四、试验方法四、试验方法n（4）水解生成HFn杯中加入200 mL沸水（煮沸后用氢氧化钠溶液中和至酚酞呈微红色的沸

18、水），促使沉淀物水解生成HFn（5）滴定n用氢氧化钠标准溶液（0.15mol/L）滴定至微红色。四、试验方法四、试验方法n结果计算和表示结果计算和表示 ：nTsio2-氢氧化钠标准溶液对二氧化硅的滴定度，单位（mg/mL） c(NaOH)-氢氧化钠标准溶液的浓度（mol/L）其用苯二酸氢钾基准试剂来标定；15.02-（1/4SiO2）的摩尔质量，（g/mol）；V-滴定时所消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，单位（mL）m1-试样质量，g1105 . 010010005222mVTmVTwOi Si SOi S02.15)(2NaOHcTsio四、试验方法四、试验方法n注意事项：注意事项：n（1）试

19、验次数为两次两次，用两次试验结果平均值来表示测定结果n（2）重复性限0.20%，再现性限0.30%（绝对值）n（3）精确至精确至0.01%四、试验方法四、试验方法n3-1、Al2O3（铜盐回滴法）n（1）、试剂：n醋酸醋酸钠缓冲溶液 PH=4.3 n0.2%（2-吡叮偶氮-2-萘酚）即PAN n0.015M EDTA标准液 n0.015M 硫酸铜标准液 nEDTACu溶液 n0.1%溴酚兰指示剂溶液 n氨水（1：2） 四、试验方法四、试验方法n（2）分析方法n反应原理：n回滴法测定Al3+，以铜盐溶液作为回滴剂时，由于CuEDTA络合物呈绿色，对滴定终点生成的红色有一定影响，其影响大小决定于E

20、DTA过量的多少，如过量的多，终点为蓝紫色甚至为蓝色，过量少时终点基本上是红色，所以EDTA过量适当才能得到敏锐好看的紫红色终点。 四、试验方法四、试验方法n分析步骤：n在滴定铁的溶液中，加入2050毫升0.015M EDTA标准溶液，然后稀释至约200毫升，将溶液加热至6070后，加15毫升醋酸钠缓冲液（PH=4.3），煮沸1-2分钟，取下稍冷，加5-6滴0.2%PAN指示剂溶液，以硫酸铜标准液滴定至亮紫色。四、试验方法四、试验方法nAl2O3和TiO2的总和：23Al O1223TV -V KAl O %=100G 1000 50/500（）三氧化二铝的百分含量 23Al O1223TV

21、-V KAl O %=1000.64TiO2%G 1000 50/500（）四、试验方法四、试验方法n注意事项：na.由于PAN及CuPAN络合物都不易溶于水，为增大其溶解度必须在加热条件下，一般在8090终点比较明显。nb.因铝与EDTA的络合物反应速度较慢，在测定铁后溶液中加入过量的EDTA溶液，约10毫升左右为宜。如果过量太少则对铝的定量络合有一定影响，并且颜色不敏锐。若过量太多终点为蓝紫色，亦对终点的观察有一定影响。23Al OT四、试验方法四、试验方法nc.加入EDTA后将溶液加热6070，以使铝、钛与EDTA充分络合（因铝与EDTA络合反应速度在PH2-3时较PH4-4.5时为快）

22、然后加15毫升醋酸醋酸钠缓冲液（PH=4.3）,此时溶液实际PH值约为3.8然后加热至沸，使铝钛络合完全。若未经加热直接在冷溶液中加入缓冲液，由于有部分铝、钛未与EDTA络合而易生成氧化物沉淀，测定结果偏低。nd.测定铝时，PH应在4.0较适宜，PH超过4.0时，钙、锰将影响铝的测定，使终点变色不明显，而且易使铝的测定结果偏高。ne.PAN指示剂的加入量要适当才有敏锐的终点，它与溶液的体积，EDTA过量的毫升数等条件有关。四、试验方法四、试验方法n3-2、三氧化二铝测定（基准法、直接滴定法）、三氧化二铝测定（基准法、直接滴定法）n方法提要方法提要：将滴定铁后的溶液的pH调节至3.0，在煮沸下以

23、EDTA-铜和PAN为指示剂，用EDTA标准滴定溶液滴定。n分析步骤：分析步骤：n1、将滴定铁后的溶液加水稀释至约200mL；n2、加入1-2滴溴酚蓝指示剂（2g/L，0.2g溶于乙醇溶剂（1+4），滴加氨水（1+1）至溶液出现蓝紫色，再滴加盐酸（1+1）至黄色；四、试验方法四、试验方法n3、加入15 mLpH3.0的缓冲溶液，（3.2g五水乙酸钠溶于水中，加入120 mL冰乙酸，稀释至1L）加热煮沸并保持1minn4、加入10滴EDTA-铜溶液（EDTA标准溶液和硫酸铜溶液体积比准确配制成等物质的量的标准溶液）及2-3滴PAN指示剂溶液（2g/L，将0.2g1-（2-吡啶偶氮）-2萘酚溶于1

24、00 mL的乙醇）n5、用EDTA标准溶液（乙二胺四乙酸二钠）滴定至红色消失n6、继续煮沸，滴定，直至溶液经煮沸后红色不再出现呈现稳定的亮黄色为止 。四、试验方法四、试验方法n结果计算和表示结果计算和表示 ：nTAl2O3-EDTA标准滴定溶液对三氧化二铝的滴定度，单位（mg/mL）nc(EDTA)-EDTA标准溶液的浓度（mol/L）其用碳酸钙标准溶液来标定n50.98-（1/2Al2O3）的摩尔质量，（g/mol）nm-溶液A或B中试样质量，gnV-滴定时所消耗的EDTA标准溶液的体积，单位（mL） mVTmVTwOAlOAl323210010001098.50)(32EDTAcTOAl四

25、、试验方法四、试验方法n注意事项：注意事项：n（1）试验次数为两次两次，用两次试验结果平均值来表示测定结果n（2）重复性限0.15%，再现性限0.20%（绝对值）n（3）精确至精确至0.01%四、试验方法四、试验方法n4-1、Fe2O3含量测定n(1)、原理：n应用乙二胺四乙酸二钠（简称EDTA）滴定铁是基于Fe+3与EDTA在PH23时能生成稳定的络合物。滴定铁的指示剂通常以磺基水扬酸钠作指示剂，在PH1.52的范围内它与Fe3+生成铁的磺基水扬酸络合物而呈明显的紫玫瑰色，当滴加EDTA后，其中的Fe3+随即被EDTA络合，因而紫玫瑰逐渐消失，当到达等当点时，EDTA取代磺基水扬酸钠，最后出

26、现亮黄色（如果铁的含量低为无色）即为终点。四、试验方法四、试验方法n三价铁的滴定按以下条件进行：n控制溶液酸度为1.82.0，在PH1.5时结果偏低，因为PH过小,Fe3+与EDTA络合不完全，往往会使滴定终点提前到达，故结果偏低，滴定终点也不够明显。PH3时Fe开始出现红棕色水合物，往往滴定无终点。n以磺基水扬酸钠为指示剂，它与Fe3+生成络合物颜色与溶液酸度有关。n溶液酸度（PH）1.5以下 1.52.5 3.0 3.5n 颜色 不显色 紫色 紫红 红棕色四、试验方法四、试验方法n滴定温度控制在6070比较适宜，若温度过低，反应缓慢，很易滴过，使结果偏高。滴定铁时的速度尤其到等当点前应当放

27、慢。终点时温度为60。nMn2+和大量的Ca2+，Mg2+存在并不影响Fe3+的直接滴定。当PH3有较大量的Ti4+和Al3+共存量，少量Fe3+的滴定将受到影响，终点变化迟缓，且不够明显，加热时间稍长，铝就容易生成沉淀，同时也将有部分的铝（钛）被EDTA络合，使滴定结果偏高。n磺基水扬酸钠加入量不可过多，因磺基水扬酸钠对Al3+有络合作用，加入量过多将影响Al3+的测定结果。四、试验方法四、试验方法n（2）、试剂n盐酸（1：1） n氨水（1：1） n10磺基水扬酸钠 n0.015M EDTA标准溶液四、试验方法四、试验方法n分析步骤：n将分离二氧化硅后的滤液冷却至室温，加水稀释至标线，摇匀，

28、然后吸取50毫升试样溶液放入300毫升烧杯中，加水稀释至约100毫升，加10磺基水扬酸钠指示剂，用氨水（1：1）调节溶液的红色变成黄色后再滴加8滴到10滴,使溶液PH为1.82.0,（用精密PH试纸检验）将溶液加热至70，加10滴10磺基水扬酸钠指示剂溶液, 以0.015M EDTA标准溶液缓慢滴定至溶液呈亮黄色。（终点时温度在60左右）四、试验方法四、试验方法n 三氧化铁的百分含量按下式计算%100250/5010003232GVTOFeOFe四、试验方法四、试验方法n（4）、注意事项n如果试样中含有氧化亚铁，可加入硝酸数滴，使二价铁氧化成三价铁，否则易使结果偏低，如在SiO2蒸发前已加过H

29、NO3，滴定时就不再加。n滴定时溶液的PH太低，则Fe+3与EDTA络合不完全，结果将偏低,（PH2.5）同时温度也较高时，因部分铝也同时与EDTA络合，使铁的测定结果偏高，滴定铁的实际PH值应为1.82.0。n滴定温度应为70左右,温度太低, EDTA与铁的反应速度缓慢,终点不明显往往易滴过,使结果偏高.但起始温度高一些,对测定结果影响不大。n 因铁与EDTA的反应速度缓慢,近终点时要充分搅拌,并缓慢滴定,否则易使测定结果偏高。 四、试验方法四、试验方法n4、三氧化二铁测定（基准法）、三氧化二铁测定（基准法）n方法提要：方法提要：在pH1.8-2.0、温度为60-70的溶液中，以磺基水杨酸钠磺基水杨酸钠为指示剂，用EDTA标准滴定标准滴定溶液滴定。n分析步骤：分析步骤：n（1）从溶液A或B中吸取25.00mL溶液放入300mL烧杯中，加水稀释至100mL；n（2）用氨水（1+1）和盐酸（1+1）调节溶液pH值在1.8-2.0之间（用精密pH试纸或酸度计检定）四、试验方法