一種用于測定硅酸鹽水泥及熟料中堿金屬硫酸鹽含量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水泥混凝土生產質量控制技術領域，具體來說，涉及一種用于測定硅 酸鹽水泥及熟料中堿金屬硫酸鹽含量的方法。
[0002]
【背景技術】
[0003] 硅酸鹽水泥中總的硫酸鹽含量雖然較低，但其種類卻非常多，來源也相對復雜。除 來自熟料、混合材中的硫酸鹽，還有水泥生產中加入的助磨劑、外摻石膏等引入的硫酸鹽， 其類型主要有堿金屬硫酸鹽、復鹽、混鹽和石膏等。硫酸鹽在水泥水化硬化過程中發揮著重 要作用，不同來源的硫酸鹽類型和性質都有很大差異。但目前所有國家的有關硅酸鹽水泥 標準對硫酸鹽都是按SO 3來計算和限定含量的，并未區分硫酸鹽的來源和類型。
[0004] 堿金屬硫酸鹽是熟料中的主要硫酸鹽，由于其快速溶解的特性，對水泥基材料的 早期凝結硬化、物理力學、膨脹等宏觀性能有重要影響。在未加減水劑的水泥漿體中，堿金 屬硫酸鹽有稍微緩凝的作用，在摻有減水劑的水泥漿體中則具有明顯的促凝作用。堿金屬 硫酸鹽能夠明顯影響減水劑的作用效果和漿體流動度。隨著水泥漿體中堿金屬硫酸鹽含量 的增加，漿體的最大流動度將會下降，對于摻加減水劑的水泥漿體，流動度則下降得更加明 顯。堿金屬硫酸鹽能夠提高水泥的早期強度，但是一部分固溶于礦物中的堿金屬硫酸鹽，由 于其往往要在水泥凝結硬化以后才能釋放，因此很可能引起體積膨脹或強度降低等破壞。 此外，堿金屬硫酸鹽還會增大水泥的干縮。堿骨料反應的發生也與堿金屬硫酸鹽有關，發生 堿骨料反應時體系體積膨脹，導致混凝土疏松、強度降低、開裂等，最終造成混凝土的破壞。 這一破壞的發生與堿金屬硫酸鹽的含量密切相關。
[0005] 為了在水泥混凝土生產質量控制時充分發揮堿金屬硫酸鹽的積極作用，降低或消 除其不利影響，必須知曉水泥中的堿金屬硫酸鹽具體含量。其含量的定量測定有利于水泥 混凝土生產質量控制中對堿金屬硫酸鹽的定量控制，也有利于根據采用的水泥在生產混凝 土時選用合適的減水劑和外加劑，同時還有利于對堿金屬硫酸鹽在水泥水化硬化過程中作 用進行評價。
[0006] 對于堿金屬硫酸鹽含量的定量分析，國內鮮有其單獨測試的方法見諸報道。國外 學者Taylor提出了 "水溶法"，主要用于分析水泥熟料中的堿金屬硫酸鹽，基于堿金屬硫酸 鹽能快速溶出的特點，將適量熟料樣品置于一定量水溶液中溶解，通常控制在2分鐘以內 的較短時間，然后測試溶解液中硫酸鹽的濃度即可確定熟料樣品中的堿金屬硫酸鹽含量。 但是直接采用水溶液進行溶解，熟料和水泥均會發生水化，特別是水泥中的石膏也會溶出， 從而導致測得的數據誤差很大。此外，熟料如果含有比較高含量的石膏，這種方法的誤差仍 非常高。
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【發明內容】

[0008] 針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種用于測定硅酸鹽水泥及 熟料中堿金屬硫酸鹽含量的方法，解決現有技術對硅酸鹽水泥及熟料中堿金屬硫酸鹽單獨 測試方法的匱乏和準確度不高的問題。
[0009] 實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種用于測定硅酸鹽水泥及熟料中堿 金屬硫酸鹽含量的方法，配制乙醇萃取液，將熟料或水泥樣品溶解于制備的乙醇萃取液中， 充分攪拌后真空抽濾獲取濾液，測定濾液中的SO 3含量，即可換算得樣品中堿金屬硫酸鹽含 量。
[0010] 具體包括如下步驟： 1) 配制乙醇萃取液：由分析純無水乙醇和去離子水按體積比1:0. 5~2. 0進行配制； 2) 將熟料或水泥樣品溶解于步驟1)制備的乙醇萃取液中得混合溶液；其中，乙醇萃取 液與熟料或水泥樣品的質量比為50~250:1 ; 3) 將上述混合溶液置于磁力攪拌器上進行機械攪拌2~5分鐘后，真空抽濾獲取濾液； 4) 將所得濾液加熱至乙醇完全揮發得試樣溶液； 5) 采用硫酸鹽測試方法中的鉻酸鋇分光光度法測定試樣溶液中的SO3含量，即可換算 得樣品中堿金屬硫酸鹽含量。
[0011] 進一步，所述的鉻酸鋇分光光度法具體操作步驟參照GB/T176-2008《水泥化學分 析方法》中"鉻酸鋇分光光度法(代用法)"進行實驗操作。
[0012] 本發明的原理為：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，從而消除樣品溶解過程中因為水化及石膏溶出給實驗結果帶來的誤差，進一步可以 更為準確測定出溶解后的試樣溶液中SO 3含量，得到樣品中更為將近的堿金屬硫酸鹽含量。 相比現有技術，本發明具有如下有益效果： 1、本發明有效避免硅酸鹽水泥和熟料溶解過程中，熟料和其他組分水化以及石膏溶出 而帶來的巨大誤差，進而使得測試準確度高，結果可靠；有效解決現有技術測試費時和準確 度不高的問題。
[0013] 2、本發明將SO3種類與含量細分開來，具體測定堿金屬硫酸鹽的含量，打破傳統的 測定方法和國標要求中只對熟料和水泥中總的SO3含量進行測試和控制的缺陷，得到了更 為準確的堿金屬硫酸鹽的含量。
[0014] 3、堿金屬硫酸鹽含量的測定，對于控制水泥生產過程中不同類型硫酸鹽含量具有 重要的應用價值，也有利于根據采用的水泥中堿金屬硫酸鹽含量，在生產混凝土時選用合 適的減水劑和外加劑；采用本發明方法可以準確地確定出堿金屬硫酸鹽含量，既有利于明 確不同種類的硫酸鹽對硅酸鹽水泥水化的作用，同時又間接反映出外摻石膏是否足量或過 量的問題，對指導生產具有重要意義。
[0015] 4、本發明通過明確不同種類硫酸鹽的含量和溶解性能差異后，有助于進一步探討 不同硫酸鹽與堿和鋁酸鹽之間的關系，確定硫酸鹽參與水泥水化反應的反應機理，從而充 分發揮不同硫酸鹽的積極作用，最大限度地降低硫酸鹽的不利影響。
[0016] 5、本發明方法工藝簡單易操作，使用的試驗設備均為常規試驗設備，具有良好的 推廣效果。
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【附圖說明】
[0018] 圖1為實施例1的測試結果圖。
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【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明，下述實施例中采用的熟 料和水泥為某企業提供的樣品；其他原料如無特殊說明，即為普通市售。
[0021] 實施例1:一種測定硅酸鹽水泥及熟料中的堿金屬硫酸鹽含量的方法（乙醇溶解 法)，包括以下步驟： 1)配制50% (v/v)的乙醇萃取液和內摻質量百分數0. 5%、1%、2%和3%分析純K2SOJA 水泥或熟料樣品；其中，所述的50% (v/v)乙醇萃取液由分析純無水乙醇和去離子水按體積 比1:1進行配制。
[0022] 2)分別稱取Ig上述水泥或熟料樣品于燒杯中，加入100 mL上述配制的乙醇萃取 液進行溶解，放置于磁力攪拌器上進行機械攪拌，2分鐘后迅速真空抽濾該混合液，并取濾 液于300 mL燒杯中。
[0023] 3)用移液管吸取50 mL濾液于燒杯中，置于加熱板上加熱至乙醇完全揮發。在該 步中，所述的加熱至乙醇完全揮發為通過嗅覺判斷不再有乙醇氣味揮發出來為止。
[0024] 4)采用TU-1901雙光束紫外可見分光光度計測試溶液中的硫酸鹽含量。所述的 硫酸鹽測試方法參照GB/T176-2008《水泥化學分析方法》中"鉻酸鋇分光光度法(代用法)" 進行實驗操作。
[0025] 根據圖1可以看出：以熟料和水泥為基準，在液固比(萃取液體積：樣品量，單位為 mL:g)為100:1、溶解時間為2分鐘的條件下，與不摻K2SO4的基準熟料或水泥樣品相比，內 摻0. 5%、1%、2%和3% K2SO4的上述熟料和水泥樣品中溶出的SO 3增量，等于K別4摻量對應 的SO3含量，即可確定采用50%的乙醇溶液可以完全萃取出熟料或水泥中的堿金屬硫酸鹽， 進而確定其含量分別為1.2 mg/g、4.55 mg/g。
[0026] 具體計算方法為：溶出的SO3增量=試驗組SO 3溶出量-空白對照組SO 3溶出量 ^ K2SO4摻量 X (80/174) 其中80為SO3的相對分子質量，174為K 2S04的相對分子質量。
[0027] 由上述試驗結果可知，采用50%乙醇溶解法可以快速準確地測定水泥和熟料中的 堿金屬硫酸鹽含量，證明本發明具有較高的準確度，結果可靠。
[0028] 實施例2:針對同一水泥試樣(上述實施例1所用不加內摻的水泥試樣)，分別固定 乙醇萃取液濃度、液固比、攪拌時間三個變量中的兩個，控制分析純無水乙醇與去離子水體 積比在1:0. 5~1:2. 0、液固比在50:1~250:1、攪拌時間在2~5分鐘內變化，進行如下實施例， 對試驗結果進行測定，并計算出溶出SO 3的含量(mg/g)，結果如表1所示： 表1不同條件下的測試結果
【主權項】
1. 一種用于測定硅酸鹽水泥及熟料中堿金屬硫酸鹽含量的方法，其特征在于，配制乙 醇萃取液，將熟料或水泥樣品溶解于制備的乙醇萃取液中，充分攪拌后真空抽濾獲取濾液， 測定濾液中的so 3含量，即可換算得樣品中堿金屬硫酸鹽含量。
2. 根據權利要求1所述用于測定硅酸鹽水泥及熟料中堿金屬硫酸鹽含量的方法，其特 征在于，具體包括如下步驟： 1) 配制乙醇萃取液：由分析純無水乙醇和去離子水按體積比1:0. 5~2. 0進行配制； 2) 將熟料或水泥樣品溶解于步驟1)制備的乙醇萃取液中得混合溶液；其中，乙醇萃取 液與熟料或水泥樣品的質量比為50~250:1 ; 3) 將上述混合溶液置于磁力攪拌器上進行機械攪拌2~5分鐘后，真空抽濾獲取濾液； 4) 將所得濾液加熱至乙醇完全揮發得試樣溶液； 5) 采用硫酸鹽測試方法中的鉻酸鋇分光光度法測定試樣溶液中的S03含量，即可換算 得樣品中堿金屬硫酸鹽含量。
【專利摘要】本發明公開了一種用于測定硅酸鹽水泥及熟料中堿金屬硫酸鹽含量的方法，通過配制分析純無水乙醇和去離子水體積比在1:0.5~1:2.0范圍的乙醇萃取液，再按照液固比50~250:1將熟料或水泥樣品溶解于制備的乙醇萃取液中，充分攪拌2~5分鐘后，真空抽濾獲取濾液，測定濾液中的SO3含量，即可換算得樣品中堿金屬硫酸鹽的含量。本方法可有效避免硅酸鹽水泥和熟料溶解過程中熟料和其他組分水化,以及石膏溶出而帶來的巨大誤差，測試準確度高，結果可靠，對于控制水泥生產過程中不同類型硫酸鹽含量具有重要的應用價值，也有利于根據采用的水泥中堿金屬硫酸鹽含量在生產混凝土時選用合適的減水劑和外加劑，對指導生產具有重要意義。
【IPC分類】G01N21-31
【公開號】CN104677848
【申請號】CN201510111247
【發明人】錢覺時, 楊莎, 馬英, 倪小琴, 陳晴
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月13日