一种基于CO32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法

本发明涉及道路碱渣土施工材料掺量检测领域中的碱渣剂量测试方法，尤其涉及一种基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法。

背景技术：

1、碱渣是指工业制碱和碱处理过程中排放的固体废渣，主要成份为碳酸钙、硫酸钙、氯化钙等，含有少量的二氧化硫等成份。据统计，碱厂每生产1t纯碱，排放300-600kg固废碱渣。由于碱渣高含水量、高氯离子的特点，导致固废碱渣处理难度极大，利用率不足15％。碱渣处理以地表堆积为主，占用大量土地资源，污染土壤和地下水，危害生态环境，固废碱渣滞留性大、扩散性小、潜伏期长，如何安全处理固废碱渣已经严重影响企业可持续发展，发展资源化、规模化和高值化的新型碱渣利用方法迫在眉睫。

2、近年来道路建设和养护规模逐年扩大，道路施工对水泥、石灰的建材需求量日益增长，路面基层以及路基等层位不铺设钢筋，不存在cl-腐蚀潜在威胁。随着对生态环境的日益重视，部分地区开始明令限制石灰、水泥等原料的生产。研究证明，碱渣含有大量的caco3、ca(oh)2等矿物成分，能在土颗粒之间产生胶结作用，代替石灰、水泥等传统材料固化天然土，分析认为碱渣在道路工程领域应用潜力巨大。

3、基于上述背景，有关学者提出将固废碱渣加入路基土，制备路用碱渣土，从而达到再利用固废碱渣和缓解道路石灰等原料供应紧张难题。实践证明，适当的碱渣掺量能够有效提高路基土的力学性能，但当碱渣剂量过高时碱渣土的力学性能下降，且碱渣掺量过高会导致碱渣土含盐量增加，引起路基发生盐胀和溶陷以及腐蚀工程灾害，故在施工过程中对碱渣剂量的检测和控制尤为重要。目前未见针对碱渣土碱渣剂量的测试方法，以及如何在碱渣土施工时对现场碱渣剂量进行准确检测。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提出一种基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法，本发明适用的土的类型为非盐渍土，且土中的co32-离子的含量低于0.3mmol/kg，具体为对取样的碱渣土进行破碎、烘干、研磨、过筛处理，通过制备待测液并进行碳酸根离子滴定，根据原材料相关化成组成推算出碱渣混合料中碱渣剂量，解决了碱渣土施工时现场碱渣剂量的准确检测问题，为现场施工过程中碱渣含量的控制提供技术保障，从而确保碱渣土材料配合比，从而保障道路质量。

2、技术方案：本发明针对的土的类型为非盐渍土，且土中的co32-离子的含量低于0.3mmol/kg。

3、本发明基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法包括以下步骤：

4、(1)计算碱渣原料co32-离子质量浓度ρ′co32-与碳酸根质量百分数ω′co32-；

5、(2)现场碱渣土取样；

6、(3)取样碱渣土co32-质量浓度ρco32-测试与碳酸根质量百分数计算ωco32-；

7、(4)碱渣土中碱渣剂量计算；根据碱渣和碱渣土中co32-质量浓度计算出碱渣和碱渣土中co32-总质量百分数记为ωco32-，将风干的碱渣中碳酸根总百分比记为ω′co32-，碱渣土试样中碱渣实际掺入百分比为ωsr，用公式(4)计算：

8、

9、式中：ωsr——碱渣土试样中碱渣实际掺入质量百分数(％)；

10、ω(co32-)——碱渣土试样中碳酸根总质量百分数(％)；

11、ω’(co32-)——出厂风干碱渣中碳酸根总质量百分数(％)；

12、对多组试样进行分析，得到的ωsr取平均值；

13、碱渣土待测液体积的干土质量为m，碱渣质量记为msr，采用公式(5)计算：

14、msr＝m×ωsr   (5)

15、式中：m——分析时所取浸出液体积的干土质量(g)；

16、msr——碱渣土中碱渣的掺量(g)。

17、步骤(1)的过程为：

18、(a)将烘干的碱渣试样过标准筛，取碱渣干样放入瓶中加入去离子水，振荡过滤制备出待测液；

19、(b)进行co32-含量检测，检测方法如下：

20、准备甲基橙指示剂、酚酞指示剂和标准溶液，实验步骤：吸取浸出液多份，注入三角瓶中，滴加0.5％酚酞指示剂2～3滴，如试液不显红色，表示无co32-存在；如试液显红色，则表示有co32-存在，即以h2so4标准溶液滴定，至红色消失为终点，记录消耗h2so4标准溶液的体积(v)；

21、由公式(2)和(3)计算ρ′co32-与ω′co32-：

22、

23、

24、式中：v——滴定co32-时消耗h2so4标准液体积(ml)；

25、c——h2so4标准溶液的浓度(mol/l)；

26、m——相当于分析时所取浸出液体积的干土质量(g)；

27、0.0300——co32-摩尔质量(g/mmol)。

28、步骤(b)中，h2so4标准溶液的浓度计算公式为：

29、

30、式中：c——h2so4溶液的浓度(mol/l)；

31、m——无水碳酸钠的质量(g)；

32、v标——h2so4溶液的用量(ml)；

33、0.053——na2co3的摩尔质量(g/mmol)。

34、步骤(b)中的h2so4标准溶液的标定步骤为：称取在160～180℃下的无水na2co3多份，放入多个三角瓶中，注入煮沸逐出co2的去离子水使无水na2co3溶解；加入甲基橙指示剂2滴，用配制好的硫酸标准溶液滴定至溶液由黄色突变为橙色；记下硫酸标准的用量(ml)，计算公式如(1)所示；取多个计算结果的算术平均值作为硫酸标准溶液的浓度。

35、步骤(b)中，称取的无水na2co3多份，每份0.1g，精确至0.0001g。

36、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明基于碱渣原料和现场碱渣土试样中co32-测定，推算出碱渣土试样中碱渣的剂量，解决准确检测碱渣土施工时现场碱渣剂量的控制问题，为道路碱渣土材料配合比控制以及道路施工质量控制提供保障。

技术特征：

1.一种基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法，其特征在于：所述碱渣土为非盐渍土，且土中的co32-离子的含量低于0.3mmol/kg，所述测试方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法，其特征在于：步骤(1)的过程为：

3.根据权利要求2所述的基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法，其特征在于：步骤(b)中标准溶液的浓度计算公式为：

4.根据权利要求3所述的基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法，其特征在于：步骤(b)中的标准溶液的标定步骤为：称取在160～180℃下的无水na2co3多份，放入多个三角瓶中，注入煮沸逐出co2的去离子水使无水na2co3溶解；加入甲基橙指示剂2滴，用配制好的硫酸标准溶液滴定至溶液由黄色突变为橙色；记下硫酸标准的用量(ml)，计算公式如(1)所示；取多个计算结果的算术平均值作为硫酸标准溶液的浓度。

5.根据权利要求4所述的基于co32-离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法，其特征在于：步骤(b)中，称取的无水na2co3多份，每份0.1g，精确至0.0001g。

技术总结
本发明公开了一种基于CO<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;离子滴定的路用碱渣土碱渣剂量测试方法，包括以下步骤：(1)计算碱渣原料CO3<supgt;2‑</supgt;离子质量浓度ρ′co<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;与碳酸根质量百分数ω′co<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;；(2)现场碱渣土取样；(3)取样碱渣土CO<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;质量浓度ρco<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;测试与碳酸根质量百分数计算ωco<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;；(4)碱渣土中碱渣剂量计算；根据碱渣和碱渣土中CO<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;质量浓度计算出碱渣和碱渣土中CO<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;总质量百分数记为ωco<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;，将风干的碱渣中碳酸根总百分比记为ω′co<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;，碱渣土试样中碱渣实际掺入百分比为ω<subgt;sr</subgt;，将得到的ω<subgt;sr</subgt;取平均值，由公式m<subgt;sr</subgt;＝m×ω<subgt;sr</subgt;计算碱渣剂量。本发明根据原材料相关化成组成推算出碱渣混合料中碱渣剂量，解决了碱渣土施工时现场碱渣剂量的准确检测问题。

技术研发人员：殷伟,唐伊婷,王国栋,朱胜雪,张冉,张坤,白小敏,朱智凌,于子详,乔闻,孙泽霖,李欣芋,曹明星
受保护的技术使用者：淮阴工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15