分析化学在公路工程检测中的应用

黑龙江 朱玉萍 王颖 李智慧 边铮 周鑫

公路工程试验检测工作是道路和桥梁施工技术管理中的一个重要组成部分，也是施工质量控制和竣工验收评定工作中不可缺少的一个主要环节。如果不实行完善而严格的质量管理、保证和监督体系，难免会在施工中出现质量事故或质量隐患。

同时，分析化学技术具有实时监测、定量分析、精确度高等特点，我们在公路工程试验检测中引入化学分析技术，能用定量的方法科学的评定各种材料和构件的质量。因此，应用分析化学技术检测工程质量，它融试验检测基本理论和操作技能于一体，为工程设计参数、施工质量控制、施工验收评定、养护管理决策提供依据。

1 工程石灰有效成分的检测

石灰是一种气硬性胶凝材料，其强度主要来源于Ca(OH)2的碳化形成CaCO3和Ca(OH)2的晶化。石灰应用于稳定土，包括石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土（二灰土），在路面工程中主要作为路面基层材料。

通过以下分析化学试验，可评价钙质生石灰的技术指标。优等品、一等品、合格品的（CaO+MgO）含量分别为90%、85%、80%。

1.1 有效氧化钙的测定

中和滴定法。称取约0.5g试样，放入三角瓶中，取5g蔗糖覆盖在试样表面，投入玻璃珠15粒，加入蒸馏水50ml，加入酚酞指示剂，用已标定的盐酸标准溶液滴定，粉红色消失为终点。用化学反应方程式计算含量。

1.2 有效氧化镁的测定

络合滴定法。称取约0.5g试样，用1:10盐酸加热溶解。待溶液沉淀后，用移液管吸取25ml溶液，放入250ml三角瓶中，加50ml蒸馏水稀释，然后按顺序加入酸钾钠溶液1ml、三乙醇胺溶液5ml,再加入铵-铵缓冲溶液10ml、酸性铬蓝K-萘酚绿B指示剂约0.1g。用EDTA二钠标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色时即为滴定终点，计算最终结果。

2 石油沥青的组成成分检测

石油沥青组分对沥青的路用性能有很大的影响。例如，饱和分存在于饱和烃中的正构烷烃,影响沥青胶体结构、流变性、低温延度、粘附性；芳香分是组成沥青胶体的分散介质,起到溶胶和软化作用。胶质可改善沥青的脆裂性和提高延度，可使沥青具有良好的塑性等。

2.1 三组分分析法

石油沥青的三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和沥青质三个组分。应用溶解-吸附法，该方法分析流程是用正庚烷沉淀沥青质,继将溶于正庚烷中的可溶分用硅胶吸附,装于抽提仪中抽提油蜡,再用苯乙醇抽出树脂。最后将抽出的油蜡用丁酮-苯为脱蜡溶剂。在-20℃的条件下,冷冻过滤分离油、蜡。

2.2 四组分分析法

四组分称为:饱和分、芳香分(Aromat ic)、胶质(Resin)和沥青质。故这一方法亦称SARA法。我国现行四组分分析法是将沥青试样先用正庚烷沉淀沥青质,再将可溶分 (即软沥青质)吸附于氧化铝谱柱上,先用正庚烷冲洗,所得的组分称为“饱和分”，继续用甲苯冲洗，所得的组分称为“芬香分”。最后用甲苯-乙醇、甲苯、乙醇冲洗，所得组分称为“胶质”。对于含蜡沥青，可将所分离得的饱和分与芳香分，以丁酮-苯为脱蜡溶液剂，在-20℃下冷冻分离固态烃烷，确定含蜡量。

2.3 蒸馏法检测沥青含蜡量

在蒸馏瓶中称取沥青试样50g，550℃恒温，蒸馏瓶通过支管与置于冰水中的锥形瓶连接。将锥形瓶中的馏出油用乙醚-乙醇冷冻过滤后，注入50ml乙醚，冷却1h,使蜡充分结晶析出。洗涤蜡层，用真空泵吸滤，用常温石油醚分三次清洗吸滤瓶，将盛有蜡溶液的锥形瓶放在热源上，回收石油醚溶剂，在真空干燥箱中105℃烘干1h，干燥冷却称量蜡的质量。

3 EDTA滴定法测定水泥稳定土中水泥剂量

在水泥稳定土施工中,水泥剂量的控制对工程质量和生产成本的控制起着决定性的作用,因此该项指标的检测成为监理和施工单位频率最高的检测项目之一。

EDTA滴定法检测的是水泥中有效钙的含量,在测定中用NH4CL将水泥中的硅酸三钙(3Cao·SiO2)、硅酸二钙 (2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·AL2O3)、铁铝酸四钙(4Cao·AL2O3·Fe2O3)等中的钙离子游离出来。用Na0H为缓冲剂，将溶液酸度调节至pH≥12。以钙指示剂为指示剂,仅有钙离子与钙指示剂发生络合反应络合为玫瑰红色的钙络合物。

（1）绘制标准曲线。以同一水泥或石灰剂量稳定材料EDTA二钠标准溶液消耗量的平均值为纵坐标，以水泥或石灰剂（%）为横坐标制图。两者的关系应是一条顺滑的曲线。

（2）选取有代表性的无机结合料稳定材料，对稳定中、粗粒土取试样3000g，对稳定细粒土取试样约1000g。

（3）对水泥灰稳定细粒土，称300g放在搪瓷杯中，用搅拌棒将结块搅散，加10%氯化铵溶液600mL，对水泥或石灰稳定中、粗粒土，可直接称取1000g左右，放入10%氯化铵溶液1000mL，然后如前述步骤进行试验。滴定时，在溶液颜色变为紫色时，放慢滴定速度并摇匀，直到纯蓝色为终点，记录滴定前后滴定管中EDTA二钠标准溶液体积差。

（4）利用所绘制的标准曲线，根据EDTA二钠标准溶液消耗量，确定混合料中的水泥或石灰剂量。

4 化学添加剂延长沥青耐久性

4.1 掺加有机酸类、提高沥青活性

沥青中最具有活性的组分为沥青酸及其酸酐，各类合成高分子有机酸类和焦油掺入沥青，亦能起到相同的效果。

4.2 掺加重金属皂类、降低沥青与集料的界面张力

最常用的有：皂脚铁、环烷酸铝皂等，掺入沥青中均能起到改善粘附性的效果。此外，还有直接采用各种合成表面活性剂，但是需要油溶性和耐高温的表面活性剂才能使用。

4.3 掺加高效抗剥剂

常见的有醚胺类、醇胺类、烷基类、酰胺类等，但是必须通过道路修筑的实践才能检验其实际效果。

4.4 ZDC和炭黑添加剂

二乙基二硫代氨基甲酸锌（ZDC）及二乙基二硫代氨基甲酸铅（LDC）抗老化效果较好，并且与炭黑同时掺加效果更佳。炭黑粒径细微、表面积大，它弥散于沥青中，易于被热-氧作用产生的游离基吸附，从而阻止沥青老化的链式反应，使老化进程受到抑制。

5 小结

化学分析是公路工程检测中必不可少的组成环节，无论是水泥路面、沥青路面和白改黑工程中，都要应用分析化学来测定物质的有关组分的含量。随着我国公路等级的提高，建筑施工与分析化学跨学科之间的结合将更加紧密，高精准度的、快速准确的定量分析技术将在建筑行业中得到广泛的应用。

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