水泥中有害成分含量的檢測方法及控制要點

李林濤，宋開偉，石從黎

(重慶市建筑科學研究院，重慶 400015)

1 前言

安定性是水泥最重要的質量指標，安定性不合格的水泥會使混凝土構件產生開裂、崩潰，造成嚴重的工程質量事故。水泥安定性的合格與否，與氧化鎂、三氧化硫、游離氧化鈣等水泥有害成分的含量直接相關，國家標準和行業標準對氧化鎂、三氧化硫和游離氧化鈣在水泥中含量限值有明確的規定，如：氧化鎂在普通硅酸鹽水泥標準中限量為5%，三氧化硫的含量不大于3.5%；游離氧化鈣在鐵路混凝土施工質量中規定含量不能大于1%。

因此，對于施工過程水泥質量的控制，準確地測定水泥中的氧化鎂、游離氧化鈣及三氧化硫含量非常重要。

2 檢驗方法

2.1 水泥中氧化鎂的測定

水泥中氧化鎂的測定，目前應用的是絡合滴定法。通常在pH=10的溶液中，以酒石酸鉀鈉、三乙醇胺為掩蔽劑，將硅、鐵、鋁等與鈣、鎂分離，以酸性鉻藍K-萘酚綠B為指示劑，用EDTA滴定溶液中的Ca2+、Mg2+合量；在pH>12.5時，測得Ca2+含量，用Ca2+、Mg2+合量減去Ca2+的量，即可求得MgO的含量。因此，必須準確測出Ca2+、Mg2+合量及Ca2+的含量，才能得出準確的MgO含量。采用這種測定方法時，滴定時溶液的pH值和指示劑是關鍵。

2.2 水泥中三氧化硫的測定

在酸性溶液中，用氯化鋇溶液沉淀硫酸鹽，經過濾灼燒后，以硫酸鋇形式稱量，測定結果以三氧化硫計。

2.3 水泥中游離氧化鈣的測定

在加熱攪拌下，使試樣中的游離氧化鈣與乙二醇作用生成弱堿性的乙二醇鈣，以酚酞為指示劑，用苯甲酸無水乙醇標準溶液進行滴定。

3 控制要點

3.1 測定氧化鎂的控制要點

1）測定MgO時必須將溶液的pH值調節為不小于12.5。這時Mg2+生成Mg（OH）2沉淀，不被EDTA滴定。如果溶液pH值小于12.5，則會有Mg2+被EDTA滴定，使測得的CaO含量偏高。為了減少Mg（OH）2沉淀對指示劑的吸附，可先將溶液稀釋，以降低溶液中Mg2+的濃度。滴定接近終點時應充分攪拌，使其被Mg（OH）2沉淀吸附的Ca2+能與EDTA充分反應。

2）當pH值調節至12.5時，應立即滴定，以防止溶液吸收二氧化碳生成MgCO3沉淀，使MgO測定結果偏低。

3）在測定Ca2+、Mg2+合量時，必須控制使pH=l0，而不能使pH值大于l0。如果pH值大于10，會有一部分Mg2+生成Mg（OH）2沉淀，使Ca2+、Mg2+合量的測定結果偏低。在用酒石酸鉀鈉與三乙醇胺聯合掩蔽鐵、鋁、鈦的干擾時，必須在酸性溶液中先加酒石酸鉀鈉，然后再加三乙醇胺，這樣掩蔽效果較好。

4）測定采用酸性鉻藍K－萘酚綠B作指示劑，二者配比要合適。若萘酚綠B的比例過大，綠色背景加深，使終點提前到達，造成結果偏低；反之，終點拖后且不明顯，造成結果偏高。

5）在測定Ca2+、Mg2+合量的過程中，當滴定接近終點時，一定要充分攪拌并緩慢滴定至由蘭紫色變為純蘭色；若滴定速度過快，將使結果偏高。這是因為酸性鉻藍K對鎂的靈敏度較高，滴定接近終點時，加入的EDTA奪取鎂，即酸性鉻藍K中的Mg2+，而使指示劑游離出來。由于此反應速度較慢，所以在接近終點時要緩慢滴定，充分攪拌。

6）明顯判定氧化鈣指標滴定終點綠色熒光消失并呈現紅色的最佳背景應是黑色試驗臺；明顯判定氧化鎂指標滴定終點由酒紅色至純藍的最佳背景應是白色。

7）應同時進行空白試驗。如果測定結果不扣除空白值，結果會偏高。

8）帶硅滴定鈣鎂合量時，為防止硅酸的影響，也可加入2%KF來防止硅酸的干擾。

3.2 測定三氧化硫的控制要點

1）樣品應置于干燥燒杯中，加入適量水后要快速攪拌，使樣品完全分散，防止樣品結塊。

2）控制好溶液酸度，加入的鹽酸體積要準確，控制溶液酸度為0.2～0.4mol/L，可使硫酸鋇沉淀完全，消除共沉淀干擾。

3）應在不斷攪拌下滴加氯化鋇溶液。這樣可以減少局部過濃現象，否則會由于局部過濃而形成大量的晶核，形成小顆粒硫酸鋇沉淀，容易透過濾紙而使沉淀損失，造成結果偏低。

4）在加入氯化鋇溶液后，應煮沸3～5min，在溫熱處靜止4h以上或過夜，使沉淀完全，沉淀顆粒增大，防止發生過濾透析而造成結果偏低。

5）過濾硫酸鋇沉淀時，應仔細擦洗燒杯，將硫酸鋇沉淀全部轉移到濾紙上，轉移不完全會使結果偏低。

6）濾紙沉淀要灰化完全，防止硫酸鋇還原成碳化鋇，造成結果偏低；灼燒溫度要嚴格控制在800～850℃，溫度高于850℃時，硫酸鋇會發生分解反應。

3.3 測定游離氧化鈣的控制要點

1）測定前應將水泥在烘箱中100~105℃烘干，水分的存在可能會導致測量結果的偏高；

2）樣品應置于干燥錐形瓶中，加入適量乙二醇-乙醇溶液后要快速搖動，使樣品完全分散，防止樣品結塊；

3）在整個實驗過程中，各種溶液所用的溶劑乙醇應為無水乙醇以減少水分的引入，避免結果的誤差；

4）抽濾時使用的快速濾紙或者玻璃砂芯漏斗應預先用無水乙醇潤濕，過濾時等上次洗滌液過濾完再洗滌下次；

5）盡可能快速的進行抽氣過濾，以防止吸收大氣中的二氧化碳，導致測定結果的偏低。

4 結語

水泥的安定性是影響到建筑結構安全的重要指標，為確保分析結果準確可靠，減小測量誤差，在實際測定工作中總結和探索了水泥有害成分氧化鎂、三氧化硫和游離氧化鈣含量的測定控制要點，供相關技術人員參考。

[1]華東理工大學分析化學教研組.分析化學[M].北京:等教育出版社,2000.

[2]GB/T176－2008，水泥化學分析方法[S].