浅谈石灰有效氧化钙和氧化镁简易检测的必要性及方法研究

摘要：膨胀土作为路面路基，由于其和易性较差，承受循环交通荷载的能力不足，在技术上并不容易。为了使在这种基础上建造的路面结构具有良好的性能，必须对软弱路基进行性能改造。石灰用于弱土稳定的另一个黄金优势是它的快速脱水特性，是改良细粒土的理想选择。尽管所需配合比高度依赖于弱土的固有特性，但少量的石灰（4 ～ 7%）可以有效地改性压缩性土。对石灰的化学成分进行分析，可以在石灰的应用中起到指导作用。

关键词：石灰；有效氧化钙；氧化镁；方法研究

1. 前言

石灰在古代建筑中被用作砂浆、灰泥等的粘结材料。天然火山灰，如火山灰和凝灰岩或人造火山灰，如碎砖，砖尘等，在罗马时期被用于历史石灰砂浆，以提高粘结力，并对这些结构的寿命负责。一些在艺术、科学和历史意义方面具有特殊价值和遗产的古代建筑处于困境，需要翻新和重新安装。石灰作为粘结剂在美观、与外保温系统兼容、耐候性好、耐久性能好等方面具有独特的特点，是最环保的土木工程材料，主要是由于石灰中有效氧化钙和氧化镁决定了石灰的这一性能。石灰中产生粘结性的成分是有效氧化钙和氧化镁，石灰质量的好坏主要是由有效氧化钙和氧化镁的含量决定的。石灰中的有效氧化钙和氧化镁的含量可以直接测定得到，也可以通与氧化镁的总量和二氧化碳的含量反映，生石灰还有未消化残渣含量的要求。

石灰砂浆在任何基材上的应用取决于基材和所应用的修补砂浆之间界面的吸水性和孔隙率。如果基板单元的吸水率高，则修复砂浆将水分流失到基板中，从而阻碍粘结力和碳化反应。地基单元的预加湿可能是必要的，以避免砂浆中的水分流失。此外，修补砂浆的抗压强度应略低于或等于其所应用的砌体单元。修复迫击炮与古迫击炮的机械和物理兼容性是成功修复的首要要求。抗压强度和横向强度适用于机械相容性试验。孔隙度、吸水率、毛细吸力满足物理相容性。

石灰的加工或天然形式可以用来改善软弱土的承载力和塑性特性。在目前的研究中，石灰石样品是直接从容易获得的沉积物（石灰石岩体）中收集的，没有经过任何处理。石灰石的化学成分主要是碳酸钙。石灰是含钙的无机物质，主要是碳酸盐、氧化物和氢氧化物。严格地说，石灰石是氧化钙或氢氧化钙，而天然石灰石部分含化石，含有丰富的缝合线。优质石灰的特性使其适合作为工程材料使用;易于操作，具有良好的塑性，具有良好的抗湿性，较早硬化，用于稳定土壤和优异的胶结性能。石灰用于弱土稳定的另一个黄金优势是它的快速脱水特性，是改良细粒土的理想选择。满足道路规格和实现脆弱土壤的最佳改善所需的天然石灰的用量较小。尽管所需配合比高度依赖于弱土的固有特性，但少量的石灰（4 ～ 7%）可以有效地改性压缩性土。

石灰是石灰石经过煅烧后分解后得到的，主要成分为氧化钙。石灰由于取材比较方便，并且具有有很好的强度和水稳定性，被广泛应用于工程建设中，主要应用在地基建设、道路工程中。但是由于石灰化学成分的影响，在实际应用中，性能受到很多因素的影响，如施工的环境、气候等。在石灰中氧化镁可以增强氧化钙的CO₂捕获活性及其循环稳定性，石灰中的的氧化镁还起到了防止氧化钙颗粒烧结的支撑作用。CaO-MgO混合物也被用于创建碱性环境，以活化渣和粘土。采用不同配比的CaO、MgO复合粉煤灰对土进行固化。结果表明，6 h的短碳酸化时间可诱导碳酸化和形成相互连接的晶体网络，有助于土壤的强化。因此石灰石经过煅烧后，分解并形成氧化镁和氧化钙，可用作建筑材料^[1]。

2. 石灰在工程中的应用

膨胀土是道路基础施工中常见的失稳来源。薄弱路基的存在在很多情况下是道路失效和破坏的根本原因。高塑性路基的膨胀行为导致道路结构在其使用寿命内产生过度和永久的变形。同样，建立在这种路基上的道路，无条件地经历过早破坏和路面损坏。由于膨胀土的稠度较低，被禁止作为不适合建造道路路面的材料。因此，在常规道路建设趋势中，软弱路基土在实际施工工作开始前通过开挖全部或部分清除。然而，如果土体厚度超过较大的深度，通过开挖去除不适宜的土壤实际上是不可行的。因此，通过使用任何可行的稳定剂，应用机械改进方法可能是克服可行性相关挑战的解决方案。

在粘土的稳定过程中，由于带负电荷的粘土颗粒与石灰石等稳定剂的阳离子发生反应，不仅会影响土壤的物理性质，而且还会改变其化学性质。石灰石中含有丰富的钙离子，在粘土中添加石灰会引起两相反应，对改善粘土的性质有直接和长期的好处。由于石灰材料的干燥作用已被证实，因此即使在雨天，石灰稳定剂的应用也能加速粘性土的施工。

石灰在技术上以其快速水合特性而闻名，这使它成为一种非常适合的稳定剂，以改善问题土壤的性质，如粘土。强度的增加主要来自石灰和粘土矿物之间发生的化学反应。在石灰窑粉尘用于处理路基的研究中发现，5%石灰的添加降低了可压缩土的塑性指数，使其压缩性能达到可以控制的水平。研究还发现，5%石灰掺量和8%石灰掺量对路基溶胀指数的改善程度无显著差异。随着石灰含量的逐渐增加，最佳含水率的幅度也在增加。尽管对石灰作为稳定材料的应用进行了大量的研究，研究中用作稳定剂的石灰石材料来自安博镇附近天然存在的石灰石来源。石灰的加工或天然形式可以用来改善软弱土的承载力和塑性特性。在目前的研究中，石灰石样品是直接从容易获得的沉积物（石灰石岩体）中收集的，没有经过任何处理。石灰石的化学成分主要是碳酸钙。石灰是含钙的无机物质，主要是碳酸盐、氧化物和氢氧化物。严格地说，石灰石是氧化钙或氢氧化钙，而天然石灰石部分含化石，含有丰富的缝合线。优质石灰的特性使其适合作为工程材料使用；易于操作，具有良好的塑性，具有良好的抗湿性，较早硬化，用于稳定土壤和优异的胶结性能。石灰用于弱土稳定的另一个黄金优势是它的快速脱水特性，是改良细粒土的理想选择。尽管所需配合比高度依赖于弱土的固有特性，但少量的石灰（4 ～ 7%）可以有效地改性压缩性土。因此，对石灰的化学成分进行分析，可以在石灰的应用中起到指导作用。

3. 石灰中有效氧化钙和氧化镁的测定方法

石灰主要由CaO和碳酸钙（CaCO3）组成，氧化钙和氧化镁在石灰中占比较大，也是决定石灰性能的主要氧化物。为了稳定，区分活性和总氧化钙含量是很重要的，后者是通过X射线荧光分析测量的，而任何方解石（CaCO₃）含量是通过X射线衍射分析识别的。可用于化学反应的氧化钙的量是活性含量。产生这种差异的原因可能是由于氧化钙颗粒较大，外层的化学反应阻止了中心的化学反应，也可能是由于总氧化钙含量的一部分已经与其他成分发生了化学结合。活性氧化钙的浓度可与总氧化钙的干重百分比表示。

为有效的提高石灰的性能，必须准确的对石灰中的氧化钙和氧化镁的含量进行测定，常用的检测方法有EDTA络合滴定法、高锰酸钾法^[2]。石灰中的氧化钙和氧化镁极易溶于盐酸中，因此可以通过使用盐酸将石灰样品进行溶解，使用EDTA标准溶液对石灰中的有效氧化钙和氧化镁进行检测。

3.1 实验原理

本次试验通过盐酸对样品进行溶解，使用三乙醇胺掩蔽溶液中铁离子、铝离子的影响，并且加入糊精溶液防止出现沉淀吸附钙离子。通过调节溶液的PH之，选用钙离子选择电极作为指示电极，进行滴定测定溶液中钙、镁的含量。

3.2 试验方法

精确称取确定量的石灰样品，加入适量的已知浓度的盐酸溶液进行溶解，待试样完全溶解后，取定量的溶液加入100mL容量瓶中。准确移取一定量的溶液加入到烧杯中，并加入定量的水进行稀释，并加入三乙醇胺、糊精溶液，之后加入定量的氢氧化钠溶液，使用已知浓度的EDTA标准溶液进行滴定，并且记录此时点位突跃体积，就能得到钙离子消耗EDTA标准溶液的体积。

采用相同的方法，取一定量的溶液加入定量的氨水-氯化铵溶液，使用已知浓度的EDTA标准溶液进行滴定，并且记录此时点位突跃体积，就能得到钙离子和镁离子消耗EDTA标准溶液的体积。

3.3 注意事项

本实验所用到的溶液均需要准确标定浓度，标准溶液的配制、标定都需要准确，所用试剂为保证试验结果的准确性，均需采用分析纯，试验用水采用二级水^[3]。

4. 结论

石灰稳定土性能改善的程度在很大程度上取决于石灰中有效氧化钙和氧化镁的含量。因此，准确测定石灰中各成分的含量具有重要的作用。本次试验采用EDTA电位滴定法^[4]，对试验人员要求较为严格，试验过程中需要尽量减少系统误差的发生，在使用电极过程中要进行维护，定期对试验试剂进行校准，提高试验的准确度。

5. 参考文献

[1]霍丽霞.如何做好石灰的质量控制[J].交通世界（运输.车辆），2013（05）：248-249.DOI：10.16248/j.cnki.cn11-3723/u.2013.05.077.

[2]芦文红，张怀中.浅析石灰的试验分析[J].河南科技，2004（08）：38-39.

[3]陈艳丽，储冬冬，王珍兰.石灰有效氧化钙和氧化镁含量的不确定度评定[J].工程质量，2016，34（02）：45-47.

[4]陈文玲.电位滴定法测定石灰中氧化钙和氧化镁[J/OL].冶金分析：1-5[2022-11-08].DOI：10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.011778.

出生年月：1996.08.06

性别：女

民族：汉

籍贯：上海市

学历：本科

职称：无

研究方向：化学