CN104677848B - 一种用于测定硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测定硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐含量的方法，通过配制分析纯无水乙醇和去离子水体积比在1:0.5~1:2.0范围的乙醇萃取液，再按照液固比50~250:1将熟料或水泥样品溶解于制备的乙醇萃取液中，充分搅拌2~5分钟后，真空抽滤获取滤液，测定滤液中的SO₃含量，即可换算得样品中碱金属硫酸盐的含量。本方法可有效避免硅酸盐水泥和熟料溶解过程中熟料和其他组分水化,以及石膏溶出而带来的巨大误差，测试准确度高，结果可靠，对于控制水泥生产过程中不同类型硫酸盐含量具有重要的应用价值，也有利于根据采用的水泥中碱金属硫酸盐含量在生产混凝土时选用合适的减水剂和外加剂，对指导生产具有重要意义。

Description

一种用于测定硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐含量的方法

技术领域

本发明属于水泥混凝土生产质量控制技术领域，具体来说，涉及一种用于测定硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐含量的方法。

背景技术

硅酸盐水泥中总的硫酸盐含量虽然较低，但其种类却非常多，来源也相对复杂。除来自熟料、混合材中的硫酸盐，还有水泥生产中加入的助磨剂、外掺石膏等引入的硫酸盐，其类型主要有碱金属硫酸盐、复盐、混盐和石膏等。硫酸盐在水泥水化硬化过程中发挥着重要作用，不同来源的硫酸盐类型和性质都有很大差异。但目前所有国家的有关硅酸盐水泥标准对硫酸盐都是按SO₃来计算和限定含量的，并未区分硫酸盐的来源和类型。

碱金属硫酸盐是熟料中的主要硫酸盐，由于其快速溶解的特性，对水泥基材料的早期凝结硬化、物理力学、膨胀等宏观性能有重要影响。在未加减水剂的水泥浆体中，碱金属硫酸盐有稍微缓凝的作用，在掺有减水剂的水泥浆体中则具有明显的促凝作用。碱金属硫酸盐能够明显影响减水剂的作用效果和浆体流动度。随着水泥浆体中碱金属硫酸盐含量的增加，浆体的最大流动度将会下降，对于掺加减水剂的水泥浆体，流动度则下降得更加明显。碱金属硫酸盐能够提高水泥的早期强度，但是一部分固溶于矿物中的碱金属硫酸盐，由于其往往要在水泥凝结硬化以后才能释放，因此很可能引起体积膨胀或强度降低等破坏。此外，碱金属硫酸盐还会增大水泥的干缩。碱骨料反应的发生也与碱金属硫酸盐有关，发生碱骨料反应时体系体积膨胀，导致混凝土疏松、强度降低、开裂等，最终造成混凝土的破坏。这一破坏的发生与碱金属硫酸盐的含量密切相关。

为了在水泥混凝土生产质量控制时充分发挥碱金属硫酸盐的积极作用，降低或消除其不利影响，必须知晓水泥中的碱金属硫酸盐具体含量。其含量的定量测定有利于水泥混凝土生产质量控制中对碱金属硫酸盐的定量控制，也有利于根据采用的水泥在生产混凝土时选用合适的减水剂和外加剂，同时还有利于对碱金属硫酸盐在水泥水化硬化过程中作用进行评价。

对于碱金属硫酸盐含量的定量分析，国内鲜有其单独测试的方法见诸报道。国外学者Taylor提出了“水溶法”，主要用于分析水泥熟料中的碱金属硫酸盐，基于碱金属硫酸盐能快速溶出的特点，将适量熟料样品置于一定量水溶液中溶解，通常控制在2分钟以内的较短时间，然后测试溶解液中硫酸盐的浓度即可确定熟料样品中的碱金属硫酸盐含量。但是直接采用水溶液进行溶解，熟料和水泥均会发生水化，特别是水泥中的石膏也会溶出，从而导致测得的数据误差很大。此外，熟料如果含有比较高含量的石膏，这种方法的误差仍非常高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于测定硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐含量的方法，解决现有技术对硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐单独测试方法的匮乏和准确度不高的问题。

实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于测定硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐含量的方法，配制乙醇萃取液，将熟料或水泥样品溶解于制备的乙醇萃取液中，充分搅拌后真空抽滤获取滤液，测定滤液中的SO₃含量，即可换算得样品中碱金属硫酸盐含量。

具体包括如下步骤：

1）配制乙醇萃取液：由分析纯无水乙醇和去离子水按体积比1:0.5~2.0进行配制；

2）将熟料或水泥样品溶解于步骤1）制备的乙醇萃取液中得混合溶液；其中，乙醇萃取液与熟料或水泥样品的质量比为50~250:1；

3）将上述混合溶液置于磁力搅拌器上进行机械搅拌2~5分钟后，真空抽滤获取滤液；

4）将所得滤液加热至乙醇完全挥发得试样溶液；

5）采用硫酸盐测试方法中的铬酸钡分光光度法测定试样溶液中的SO₃含量，即可换算得样品中碱金属硫酸盐含量。

进一步，所述的铬酸钡分光光度法具体操作步骤参照GB/T176-2008《水泥化学分析方法》中“铬酸钡分光光度法（代用法）”进行实验操作。

本发明的原理为：乙醇溶液可以有效地抑制熟料和水泥的水化以及水泥中石膏的溶出，从而消除样品溶解过程中因为水化及石膏溶出给实验结果带来的误差，进一步可以更为准确测定出溶解后的试样溶液中SO₃含量，得到样品中更为将近的碱金属硫酸盐含量。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明有效避免硅酸盐水泥和熟料溶解过程中，熟料和其他组分水化以及石膏溶出而带来的巨大误差，进而使得测试准确度高，结果可靠；有效解决现有技术测试费时和准确度不高的问题。

2、本发明将SO₃种类与含量细分开来，具体测定碱金属硫酸盐的含量，打破传统的测定方法和国标要求中只对熟料和水泥中总的SO₃含量进行测试和控制的缺陷，得到了更为准确的碱金属硫酸盐的含量。

3、碱金属硫酸盐含量的测定，对于控制水泥生产过程中不同类型硫酸盐含量具有重要的应用价值，也有利于根据采用的水泥中碱金属硫酸盐含量，在生产混凝土时选用合适的减水剂和外加剂；采用本发明方法可以准确地确定出碱金属硫酸盐含量，既有利于明确不同种类的硫酸盐对硅酸盐水泥水化的作用，同时又间接反映出外掺石膏是否足量或过量的问题，对指导生产具有重要意义。

4、本发明通过明确不同种类硫酸盐的含量和溶解性能差异后，有助于进一步探讨不同硫酸盐与碱和铝酸盐之间的关系，确定硫酸盐参与水泥水化反应的反应机理，从而充分发挥不同硫酸盐的积极作用，最大限度地降低硫酸盐的不利影响。

5、本发明方法工艺简单易操作，使用的试验设备均为常规试验设备，具有良好的推广效果。

附图说明

图1为实施例1的测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，下述实施例中采用的熟料和水泥为某企业提供的样品；其他原料如无特殊说明，即为普通市售。

实施例1：一种测定硅酸盐水泥及熟料中的碱金属硫酸盐含量的方法（乙醇溶解法），包括以下步骤：

1）配制50%（v/v）的乙醇萃取液和内掺质量百分数0.5%、1%、2%和3%分析纯K₂SO₄的水泥或熟料样品；其中，所述的50%（v/v）乙醇萃取液由分析纯无水乙醇和去离子水按体积比1:1进行配制。

2）分别称取1g上述水泥或熟料样品于烧杯中，加入100 mL上述配制的乙醇萃取液进行溶解，放置于磁力搅拌器上进行机械搅拌，2分钟后迅速真空抽滤该混合液，并取滤液于300 mL烧杯中。

3）用移液管吸取50 mL滤液于烧杯中，置于加热板上加热至乙醇完全挥发。在该步中，所述的加热至乙醇完全挥发为通过嗅觉判断不再有乙醇气味挥发出来为止。

4）采用TU-1901双光束紫外可见分光光度计测试溶液中的硫酸盐含量。所述的硫酸盐测试方法参照GB/T176-2008《水泥化学分析方法》中“铬酸钡分光光度法（代用法）”进行实验操作。

根据图1可以看出：以熟料和水泥为基准，在液固比（萃取液体积：样品量，单位为mL:g）为100:1、溶解时间为2分钟的条件下，与不掺K₂SO₄的基准熟料或水泥样品相比，内掺0.5%、1%、2%和3% K₂SO₄的上述熟料和水泥样品中溶出的SO₃增量，等于K₂SO₄掺量对应的SO₃含量，即可确定采用50%的乙醇溶液可以完全萃取出熟料或水泥中的碱金属硫酸盐，进而确定其含量分别为1.2 mg/g、4.55 mg/g。

具体计算方法为：溶出的SO₃增量=试验组SO₃溶出量-空白对照组SO₃溶出量

≈K₂SO₄掺量×(80/174)

其中80为SO₃的相对分子质量，174为K₂SO₄的相对分子质量。

由上述试验结果可知，采用50%乙醇溶解法可以快速准确地测定水泥和熟料中的碱金属硫酸盐含量，证明本发明具有较高的准确度，结果可靠。

实施例2：针对同一水泥试样（上述实施例1所用不加内掺的水泥试样），分别固定乙醇萃取液浓度、液固比、搅拌时间三个变量中的两个，控制分析纯无水乙醇与去离子水体积比在1:0.5~1:2.0、液固比在50:1~250:1、搅拌时间在2~5分钟内变化，进行如下实施例，对试验结果进行测定，并计算出溶出SO₃的含量（mg/g），结果如表1所示：

表1 不同条件下的测试结果

由上表的最终结果可以看出，采用本发明方法的乙醇萃取液浓度、液固比和搅拌时间变化数值范围中的数值，均可以准确有效地测定出水泥中的碱金属硫酸盐含量，测定的结果平行性好，误差小，结果可靠。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种用于测定硅酸盐水泥及熟料中碱金属硫酸盐含量的方法，其特征在于，配制乙醇萃取液，将熟料或水泥样品溶解于配制的乙醇萃取液中，充分搅拌一定时间后快速真空抽滤获取滤液，测定滤液中的SO₃含量，换算得到样品中碱金属硫酸盐含量；

具体包括如下步骤：

1）配制乙醇萃取液：由分析纯无水乙醇和去离子水按体积比1:0.5~2.0进行配制；

2）将熟料或水泥样品溶解于步骤1）配制的乙醇萃取液中；其中，乙醇萃取液体积与熟料或水泥样品的质量比为50~250:1；

3）将步骤2）混合溶液置于磁力搅拌器上进行机械搅拌2~5分钟后，快速真空抽滤获取滤液；

4）将所得滤液加热至乙醇完全挥发得试样溶液；

5）采用硫酸盐测试方法中的铬酸钡分光光度法测定试样溶液中的SO₃含量，即可换算得样品中碱金属硫酸盐含量。