CN106970179B - 一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法 - Google Patents

一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于路基工程领域，涉及一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法。步骤如下：（1）确定标准曲线，（2）样品的检测，该方法作为确定新型路床材料钢渣土的钢渣掺量、检验钢渣土拌合均匀性与结构强度的应用。本发明可用于新型路床材料钢渣土的钢渣掺量确定，弥补了钢渣土路床材料在工程应用中钢渣土拌合均匀性与钢渣掺量无法准确获得的不足。

Description

一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法
技术领域
本发明属于路基工程领域，涉及一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法。
背景技术
钢渣是炼钢工业副产品，是炼钢时产生的一种大宗固态废弃物。我国作为钢铁大国，每年产生的上千万吨钢渣，但钢渣的综合利用率并不高。大量堆积钢渣占用耕地，污染环境。
钢渣内部含有C2S、C3S等水硬性矿物，与石灰及水泥活性成分类似，这些为其资源化应用奠定了基础。目前，国内外钢渣的利用主要集中于道路工程、磨细钢渣用于水泥熟料、混凝土、制备陶瓷产品、废水处理吸附剂方式。
在公路路床设计中，常采用石灰土材料铺筑。研究表明，钢渣中的活性成分对于素土强度性能优化具有显著效果。钢渣稳定土作为一种新型路床材料，其在公路建设中的实际应用效果良好，同时可实现变废为宝、保护环境、节约资源，具有广阔的应用前景。在钢渣土路床铺筑施工过程中，一般采用钢渣与土按一定比例进行混合拌匀后使用，从而保证所掺钢渣比例与设计文件相符合。对于公路监理及检测部门，铺筑完成路床中的实际钢渣掺量是否与路床设计中的钢渣掺量相符合则需通过合适的测试方法准确获得，从而实现其对公路质量的有效控制。
钢渣掺量是钢渣土施工的重要技术参数之一，其对于判断钢渣土拌合均匀性与结构强度有显著影响。但目前对于钢渣稳定土路床铺筑中的钢渣掺量问题没有一个十分简单有效的办法，无法解决施工过程中钢渣土混合料拌合时的均匀性问题和钢渣稳定土路床铺筑完成后的钢渣掺量检验问题。若能将钢渣土路床材料的钢渣掺量准确简便获得，使钢渣土路床铺筑过程中的钢渣掺量及均匀程度有据可依，必将大大促进大宗废弃物钢渣的资源化利用。因此，为了对公路路床工程实施有效的质量管理与监控，研究一种准确测试钢渣土中钢渣掺量的方法迫在眉睫。
发明内容
本发明为解决钢渣土路段铺筑与验收中遇到的如何检测钢渣掺量的技术问题，公开了一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法，步骤如下：
（1）确定标准曲线
制备含梯度钢渣掺量的湿土若干份，每份200-300g，将一份含梯度钢渣掺量的湿土加入10wt%的氯化铵溶液，搅拌后取上清液，加入1.8wt%的氢氧化钠溶液中，调pH为12.5-13.0，然后加入指示剂，用EDTA二钠标准液滴定到纯蓝色为终点，记录每份EDTA二钠的耗量，作出EDTA二钠消耗量与钢渣掺量关系的标准曲线；
（2）样品的检测
将步骤（1）中的含梯度钢渣掺量的湿土用样品钢渣土替代，重复步骤（1）的操作，记录EDTA二钠标准液滴定到终点时的消耗量，将EDTA二钠的消耗量代入步骤（1）中得到的标准曲线，得出样品钢渣土的钢渣掺量。
所述步骤（1）的具体操作为：
a.制备钢渣掺量为0wt%、2wt%、4wt%、6wt%、 8wt%、10wt%和12wt%的湿土，其中每一钢渣掺量湿土两份，每份200g-300g；
b. 在烧杯内加 600mL10%氯化铵溶液，用磁力搅拌器搅拌5min（每分钟搅拌150次），搅拌均匀后放置5min后，取上层清液300mL移入另一烧杯内待用；
c. 用移液管吸取上层悬浮液 10 mL放入200mL的三角瓶内，用量筒量取50mL1.8wt% 氢氧化钠溶液倒人三角瓶中，溶液pH值为12.5-13.0，然后加入钙红指示剂，摇匀，用EDTA二钠标准液滴定到纯蓝色为终点，记录EDTA二钠的消耗量；
d. 重复步骤c，对其余钢渣掺量土样进行滴定，记录EDTA二钠消耗量，根据EDTA二钠消耗量作出EDTA二钠消耗量与钢渣掺量关系的标准曲线。
所述步骤c中1.8wt% 氢氧化钠溶液的制备方法为：称取18g氢氧化钠溶于1L蒸馏水中，待溶液冷却至室温后，加入2mL三乙醇胺，搅拌均匀后贮存；钙红指示剂的制备方法为：将0.2g钙试剂羟酸钠与20g预先在105℃烘箱中烘1h的硫酸钾混合，研磨成粉末，过0.074mm筛，即完成钙红指示剂的制备，钙红指示剂的加入量为0.1~0.2g。
所述步骤d中EDTA二钠标准液制备方法为：将37.226gEDTA二钠溶于30-50℃的无二氧化碳蒸馏水中，待全部溶解并冷却至室温后，定容至1L，制得物质的量浓度为0.1mol/L的EDTA二钠标准液。
一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法作为钢渣土路段铺筑与验收标准的应用。
本发明EDTA法测试钢渣土中钢渣掺量的原理为：EDTA能与钢渣土中的Ca2+发生化学反应，通过EDTA的消耗量与标准曲线对照，即可获得钢渣土中的钢渣掺量。
具体为：在氯化铵溶液的酸性条件作用下，钢渣中的硅酸二钙（C2S）、硅酸三钙（C3S）、铁铝酸钙（C4AF）等成分分别与氯化铵发生反应，生成CaCl2，从而溶出钢渣土中Ca2+。
反应方程式为：
进而EDTA与CaCl2中的Ca2+发生反应，以钙红为指示剂，通过EDTA消耗量可计算出钙离子的浓度，进而可用于钢渣掺量的确定。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明可用于新型路床材料钢渣土的钢渣掺量确定，弥补了钢渣土路床材料在工程应用中钢渣掺量无法准确获得的不足，可按设计要求的掺钢渣比例钢渣土进行施工。同时，本发明可实现对施工过程中钢渣土混合料的拌合均匀性的有效控制，保证工程质量。。
（2）本发明可作为钢渣土路床铺筑与工程验收的测试手段，严格钢渣掺量检测，能够及时地测定现场土样钢渣掺量进而指导现场施工，为达到可靠的强度与最终的工程验收提供依据。
（3）本发明有利于钢渣土路床材料的科学应用与推广，可减小钢渣堆放对环境的污染，实现变废为宝，节约资源，对于保证公路路床等工程质量及减少钢渣环境污染等方面具有显著的经济与社会意义。
附图说明
图1为实施例1钢渣含量与EDTA二钠溶液消耗量关系图。
具体实施方式
实施例1
1.溶液的配制：
（1）0.1mol/L“乙二胺四乙酸二钠(简称 EDTA二钠)标准液：用分析天平准确称取EDTA二钠(分析纯)37.226g，用微热的无二氧化碳蒸馏水溶解，待全部溶解并冷至室温后，定容至l000mL。
（2）10% 氯化铵（NH4CL）溶液：将 50g氯化铵(分析纯或化学纯)放在1L的聚乙烯桶内，加蒸馏水1000mL，充分振荡，使氯化铵完全溶解。
（3）1.8% 氢氧化钠（内含三乙醇胺）溶液：称18g氢氧化钠(NaOH)分析纯)，放入洁净干燥的1000mL烧杯中，加1000mL蒸馏水使其全部溶解，待溶液冷至室温后，加入2mL三乙醇胺(分析纯)，搅拌均匀后储于塑料桶中。
（4）钙红指示剂：将0.2g钙试剂羟酸钠(分子式C21H13O7N2SNa，分子量460.39)与20g预先在105℃烘箱中烘1h的硫酸钾混合。一起放入研钵中，研磨成极细粉末，过0.074mm筛，储于棕色广口瓶中，以防吸潮。
2.标准曲线的确定
选用钢渣的化学主要化学成分为CaO、MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、f-CaO，其含量分别为47.61%、5.08%、14.15%、13.64%、2.00%、1.08%。
（1）拌制一定含水率的湿土，根据所需钢渣掺量，准备标准曲线的钢渣掺量为：0wt%、2wt%、4wt%、6wt%、 8wt%、10wt%和12wt%，其中每一钢渣掺量湿土两份，每份200g-300g；
（2）在烧杯内加 600mL10%氯化铵溶液，用磁力搅拌器搅拌5min（每分钟搅拌150次），搅拌均匀后放置5min后，取上层清液300mL移入另一烧杯内待用；
（3）用移液管吸取上层（液面下 1-2cm）悬浮液 10 mL放入200mL的三角瓶内，用量筒量取50mL1.8%氢氧化钠（内含三乙醇胺）溶液倒人三角瓶中，此时溶液pH值为12.5-13.0（可用pH12-14精密试纸检验），然后加入钙红指示剂(0.1-0.2g)，摇匀，溶液呈玫瑰红色；用EDTA二钠标准液滴定到纯蓝色为终点，记录EDTA二钠的耗量（以mL计，读至0.1mL）；
（4）重复步骤（3），对其余钢渣掺量土样进行滴定，记录EDTA二钠消耗量；
（5）画出EDTA二钠消耗量（单位mL）与钢渣掺量（%）的关系曲线图如图1所示，可以看出，钢渣掺量与EDTA二钠标准溶液具有良好的线性相关性，相关系数R2=0.995，可以利用EDTA二钠溶液消耗量来检测现场路床铺筑材料钢渣土中的钢渣掺量。
表1 标准曲线
。
实施例2
（1）在叶舞高速工程6个典型断面选取使用代表性钢渣土300g左右，放入烧杯；
（2）参照实施例1中的步骤（2）、（3），测量EDTA二钠消耗量；
（3）利用实施例1得到的标准曲线，根据EDTA二钠消耗量，确定土样的钢渣掺量。
表2 EDTA消耗量
测得其EDTA消耗量为9.7mL，钢渣掺量为8.1wt%。
实施例3
（1）在实验室配制钢渣掺量为8.0wt%的钢渣土样5份，含水率与现场铺筑含水率相同；
（2）参照实施例1中的步骤（2）、（3），测量EDTA二钠标准溶液消耗量平均值约为9.5mL。
表3 EDTA消耗量
对照标准曲线图，发现钢渣含量约为7.9wt%，符合钢渣稳定土试验路段铺筑检测精度的相关要求。

Claims (5)

1.一种钢渣土中钢渣掺量的确定方法，其特征在于步骤如下：
（1）确定标准曲线
制备含梯度钢渣掺量的湿土若干份，每份200-300g，将一份含梯度钢渣掺量的湿土加入10wt%的氯化铵溶液，搅拌后取上清，加入1.8wt%的氢氧化钠溶液中，调pH为12.5-13.0，然后加入钙红指示剂，用EDTA二钠标准溶液滴定到纯蓝色为终点，记录每份钢渣土EDTA二钠的消耗量，作出EDTA二钠消耗量与钢渣掺量关系的标准曲线；
（2）样品的检测
将步骤（1）中的含梯度钢渣掺量的湿土用样品钢渣土替代，重复步骤（1）的操作，记录EDTA二钠标准液滴定到终点时的消耗量，将EDTA二钠的消耗量代入步骤（1）中得到的标准曲线，得出样品钢渣土的钢渣掺量。
2.如权利要求1所述的钢渣土中钢渣掺量的确定方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体操作为：
a.制备钢渣掺量为0wt%、2wt%、4wt%、6wt%、 8wt%、10wt%和12wt%的湿土，其中每一钢渣掺量湿土两份，每份200g-300g；
b. 在烧杯内加 600mL10%氯化铵溶液，用磁力搅拌器搅拌3-5min，搅拌均匀、静置4-5min后，取上层清液300 mL移入另一烧杯内待用；
c. 用移液管吸取上层悬浮液 10 mL放入200 mL的三角瓶内，用量筒量取50mL 1.8wt%氢氧化钠溶液倒入三角瓶中，溶液pH值为12.5-13.0，然后加入钙红指示剂，摇匀，用EDTA二钠标准液滴定到纯蓝色为终点，记录EDTA二钠的消耗量；
d. 重复步骤c，对其余钢渣掺量土样进行滴定，记录EDTA二钠消耗量，根据EDTA二钠消耗量作出EDTA二钠消耗量与钢渣掺量关系的标准曲线。
3.如权利要求1或2所述的钢渣土中钢渣掺量的确定方法，其特征在于，1.8wt% 氢氧化钠溶液的制备方法为：称取18g氢氧化钠溶于1L蒸馏水中，待溶液冷却至室温后，加入2mL三乙醇胺，搅拌均匀后贮存；钙红指示剂的制备方法为：将0.2g钙试剂羟酸钠与20g预先在105℃烘箱中烘1h的硫酸钾混合，研磨成粉末，过0.074mm筛，即完成钙红指示剂的制备，钙红指示剂的加入量为0.1~0.2g。
4.如权利要求1或2所述的钢渣土中钢渣掺量的确定方法，其特征在于， EDTA二钠标准液制备方法为：将37.226gEDTA二钠溶于30-50℃的无二氧化碳蒸馏水中，待全部溶解并冷却至室温后，定容至1L，制得物质的量浓度为0.1mol/L的EDTA二钠标准液。
5.权利要求1或2所述的钢渣土中钢渣掺量的确定方法作为确定新型路床材料钢渣土的钢渣掺量、验收钢渣土路段标准的应用。
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