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T0341-2024集料硫酸盐和硫化物含量试验

关键字: T0341-2024集料硫酸盐和硫化物含量试验日期: 2024-5-18 22:20:33 点击 11223 次

JTG 3432—2024《公路工程集料试验规程》----5 细集料试验 / T0341-2024集料硫酸盐和硫化物含量试验

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2.测试方法：
☞【T0341-2024集料硫酸盐和硫化物含量试验】
3.使用说明：
☞【电热鼓风干燥箱说明书】
☞【电子天平说明书】

T0341-2024集料硫酸盐和硫化物含量试验

1 目的与适用范围
1.1 本方法适用于测定粗、细集料中硫酸盐、硫化物的含量，用以评价集料质量。
1.2 本方法中酸溶性硫酸盐含量和总硫含量试验适用于所有粗、细集料。
1.3 本方法中水溶性硫含量试验适用于除再生集料以外的粗、细集料。
2 仪具与材料
2.1 仪具
2.1.1 天平：分析天平，称量不小于100g, 感量不大于0.1mg; 称量不小于1kg, 感量不大于0.1g; 称量不小于10kg, 感量不大于1g。
2.1.2 高温电炉：能够加热并恒温在800～1100℃,温度控温精度为25℃。
2.1.3 试验筛：孔径为19mm、4.75mm、1.18mm、0.15mm的方孔筛，带筛底和筛盖，并满足T0302中2.1要求。
2.1.4 烘箱：鼓风干燥箱，恒温105℃±5℃,并满足T0302中2.4要求。
2.1.5 浸泡容器：带盖、宽口的塑料或金属容器，容积5L(用于粗集料或轻集料)、2L(用于细集料)各2个。
2.1.6 振动器：能够安放浸泡容器，且持续振摇24h以上。
2.1.7 烧杯：2个容量为500ml、4个容量为1000mL。
2.1.8 锥形瓶：2个容量1000mL。
2.1.9 移液管：20mL,25mL和100mL。
2.1.10 刻度量筒：10mL和500mL。
2.1.11 漏斗：2个玻璃漏斗，直径约100mm,能够连接抽气装置；满足GB/T1914的质量要求的中速定性、慢速定性和慢速定量滤纸。
2.1.12 加热装置：电炉、燃气炉等。
2.1.13 高温坩埚：耐1100℃高温保持质量恒定，直径约35mm, 高约40mm, 材质可为瓷或二氧化硅。内部釉完整、表面光滑。
2.1.14 计时器：量程不少于48h,精度0.1s。
2.1.15 破碎机：可将集料破碎至粒径不大于4.75mm, 宜为小型颚式破碎机。破碎机在使用前应彻底清理干净。
2.1.16 密闭式制样机：一次制样量不少于100g的制样机。
2.1.17 通风柜。
2.1.18 其他：杵、研钵、玻璃棒、干燥器(内装变色硅胶)、表面血、琥珀色玻璃试剂瓶等。
2.2 材料
2.2.1 氯化钡：分析纯。
2.2.2 过氧化氢(H₂O₂):分析纯，
2.2.3 甲基红粉末：分析纯。
2.2.4 硝酸银：分析纯。
2.2.5 浓盐酸：20℃密度为1.18～1,19g/cm³。
2.2.6 浓氢氧化铵溶液：20℃密度为0.88～0.91g/cm³。
2.2.7 浓硝酸，20℃密度为1.39～1.42g/cm³。
2.2.8 试验用水：蒸馏水或去离子水。
3 试验准备
3.1 酸溶性硫酸盐含量试验试样制备
3.1.1 将样品缩分至表T0341-1 要求质量的子样一份。
表T0341-1酸溶性硫酸盐含量和总硫含量试验的子样质量
公称最大粒径(mm) ≤4.75 9.5 13.2 16 19 26.5 31.5 37.5 53 63 75
一份子样的最小质量(kg 0.5 0.7 1.0 1.2 1.4 2.0 2.4 2.7 4.0 4.5 6
3.1.2 先用19mm 试验筛过筛，取筛上颗粒破碎至全部小于19mm; 将原19mm筛下颗粒和新破碎19mm以下颗粒混合、搅拌均匀。再用4.75mm试验筛过筛，取筛上颗粒破碎至全部小于4.75mm; 将原4.75mm筛下颗粒和新破碎4.75mm以下颗粒混合、搅拌均匀，缩分一份25g±1g颗粒。再用制样机粉碎至全部小于0.15mm, 充分搅拌，105℃±5℃烘干至恒重、干燥器中冷却至室温。
3.1.3 称取 8g±0.1mg干燥试样两份，置于干燥器中备用。
3.1.4 对于大块岩石或钻取、切割的岩样，按照3.1.2方法逐级破碎、粉碎、烘干，称取8g±0.1mg的干燥试样两份。
3.2 水溶性硫酸盐含量试验试样制备
3.2.1 细集料：将样品缩分至500g±10g试样两份，105℃±5℃烘干至恒重，并冷却至室温。
3.2.2 粗集料：将样品缩分至表T0341-2要求质量的子样一份。先用19mm试验筛过筛，取筛上颗粒破碎至全部小于19mm;  将原19mm筛下颗粒和新破碎19mm以下颗粒混合、搅拌均匀，缩分2000g±100g试样两份。将试样105℃±5℃烘干至恒重、冷却至室温。
表T0341-2”水溶性硫酸盐含量试验的粗集料子样质量
公称最大粒径(mm) ≤19 26.5 31.5 37.5 53 63 75
一份子样的最小质量(kg) 5 8 10 12 15 20 25
3.2.3 轻集料：将样品缩分至约1L的试样两份，105℃±5℃烘干至恒重、冷却至室温。
3.3 总硫含量试验试样制备按照3.1方法制备试样，称取1g±0.1mg的小于0.15mm干燥试样两份。
3.4 配制稀释盐酸溶液(1+1)在500mL水中加入500mL浓盐酸，得到稀释的盐酸溶液(1+1)。
3.5 配制稀释盐酸溶液(1+4)在800mL水中加入200mL浓盐酸，得到稀释的盐酸溶液(1+4)。
3.6 配制稀释盐酸溶液(1+11)在880mL水中加入80mL浓盐酸，得到稀释的盐酸溶液(1+11)。
3.7 配制氯化钡溶液(10%)将100g 的BaCl₂.2H₂O溶于1L水中，使用前用中速定性滤纸过滤。
3.8 配制硝酸银溶液(浓度为0.1mol/L)称取约20g 硝酸银(AgNO3) 在(105±5)℃烘箱中烘干1～2h, 干燥器中冷却；称取(16.987±0.001)g干燥硝酸银，放入盛有一定量水的容量瓶中溶解，然后加水至1L。储存于琥珀色玻璃试剂瓶中，避光保存。
3.9 过氧化氢(H₂O₂) 溶液(30%)称取150g 纯过氧化氢(H₂O₂),加入450mL的水中，塑料瓶中密封、遮光，在阴凉处(不超过20℃)保存。
3.10 甲基红指示剂：将20mg 甲基红粉末溶于50mL乙醇中，然后加入50mL水。
3.11 配制稀释硝酸溶液(1+100)在90mL水中加入900mL浓硝酸，得到稀释的硝酸溶液(1+100)。
3.12 用稀释硝酸溶液(1+100)将过滤用滤纸进行冲洗干净、晾干后备用。
4 酸溶性硫酸盐含量试验步骤
4.1 称量试样质量(m₄)。在1000mL锥形瓶中加入360mL水和40mL浓盐酸，并加热至沸点。将锥形瓶从热源上移开，一边搅拌一边将试样分撒在热盐酸溶液中。用玻璃搅棒扁平端搅拌加速固体分解。将溶液在稍低于沸点温度下消解(15±1)min。
4.2 将溶液通过中速定性滤纸过滤到1000mL烧杯中。用热水冲洗滤纸上的沉淀物5～6次，用几滴热水冲洗过滤器的底部；然后再取几毫升水冲洗滤纸，并收集到试管中，加入几滴浓硝酸和硝酸银溶液(0.1mol/L)。检查溶液中是否出现浑浊或沉淀现象；如果有浑浊或沉淀现象，则应继续冲洗，直至再次检验无浑浊、无沉淀现象。
4.3 加水将烧杯中滤液稀释至600mL,并加热至稍低于沸点。
4.4 滴入几滴甲基红作为指示剂，加入浓氢氧化铵溶液使滤液呈碱性(即显现黄色)。微沸30s后，用中速定性滤纸在轻抽吸下过滤。用少许热水清洗滤纸上沉淀物，清洗不少于3次，并将冲洗液并入滤液中。在滤液中加稀释盐酸(1+11),至甲基红指示剂变为红色。
4.5 将滤液加热至沸腾，并保持(5±0.5)min, 然后检查滤液是否澄清。若滤液不澄清，则重新取样进行试验。
4.6 将氯化钡溶液(10%)预加热至沸点以下温度；在滤液保持沸点同时，一边用力搅拌，一边缓慢加入40mL 预加热的氯化钡溶液(10%)。
4.7 继续煮沸15min, 至形成合适的沉淀。在稍低于沸点以下温度保温30min, 然后在温处(约20～30℃)放置24h 或整夜。
4.8 将沉淀物转移到玻璃漏斗中的慢速定量滤纸上过滤。用热水冲洗滤纸上的沉淀物5～6次后，再取几毫升热水冲洗沉淀物，并收集到试管中。加入几滴浓硝酸和硝酸银溶液。检查溶液中是否出现浑浊或沉淀现象；如果有，则应继续冲洗，直至再次检验无浑浊现象。
4.9 将坩埚预先在高温炉中燃烧、干燥器中冷却，称量质量(m₂);将滤纸及沉淀物移入坩埚中，一起放入高温炉中；高温炉从室温开始逐渐上升至800～850℃温度，然后燃烧不少于1h, 使滤纸完全灰化。
注：注意每次燃烧时，高温炉均应从室温开始升温，这样可以控制滤纸缓慢加热，不出现明火燃烧或火焰，避免沉淀物损失。
4.10 将坩埚及沉淀物放在干燥器中冷却，称量质量(m₃)。
5 水溶性硫酸盐含量试验步骤
5.1 称取试样质量(m₄);将粗集料或轻集料放入5L的浸泡容器中，细集料放入2L的浸泡容器中；用容量瓶量取2倍于试样质量的水(轻集料为1L 的水),注入浸泡容器中，盖上塞子，采用振动器持续振摇不少于24h。
注：如果不采用振摇，仅浸泡24h、偶尔摇动几次无法提取所有的硫酸盐，如大石膏晶体。
5.2 将浸泡容器中溶液通过中速定性滤纸过滤，滤液收集到1000mL 锥形瓶中，得到透明的滤液不少于100mL。
注：如果滤液不透明，则再采用慢速定性滤纸过滤一遍。
5.3 用移液管吸取50mL滤液，注入到500mL烧杯中；加水稀释到300mL; 再缓慢加入10mL稀释盐酸溶液(1+4),加热至沸腾，并保持沸腾5min±0.5min。
注：如果集料(如矿渣)含有硫化物，在加入稀盐酸时会有异味；对于这些集料，在煮沸5min 后，20～40℃放置30min,待产生白色沉淀物后采用中速定性滤纸过滤，并用热水充分清洗，将冲洗液并入滤液中。
5.4 将氯化钡溶液(10%)预加热至沸点以下温度；在滤液保持沸点同时，一边用力搅拌，一边逐滴加入5mL预加热的氯化钡溶液(10%)。
5.5 按照4.7～4.10继续进行试验，并称量干燥坩埚质量m₂及干燥坩埚和沉淀物质量msc
6 总硫含量试验步骤
6.1 称量试样(m₆);  将试样放入500mL 烧杯中，加20mL水，用玻璃棒进行搅拌，盖上表面皿。
6.2 在通风橱中，将10mL过氧化氢溶液(30%)加入溶液中，在沸点以下加热30min; 消解后，加20mL稀释盐酸(1+1),然后放入0<70℃热水槽中保温30min。
6.3 加少量滤纸浆，加热烧杯溶液至沸点以下；滴入几滴甲基红作为指示剂，加入浓氢氧化铵溶液至溶液呈碱性(即显现黄色)。微沸30s后，用中速定性滤纸在轻抽吸下过滤。用少许热水清洗滤纸上沉淀物，并将冲洗液并人滤液中。
注：加滤纸浆主要是起絮凝作用
6.4 取一烧杯，加人70mb的60～70℃热水和5mL浓盐酸，将滤纸及沉淀物移入500mL烧杯中并溶解。将溶液按照4.3中步骤，再一次微沸30s,然后过滤、冲洗。
6.5 将所有滤液(含所有冲洗液)并在一起(总计应约为220mL);加入1mL浓盐酸，加热至沸腾，保持5min±0.5min。
6.6 将氯化钡溶液(10%)预加热至沸点以下温度；在滤液保持沸点同时，一边用力搅拌，一边逐滴加入10mL预加热的氯化钡溶液(10%)。
6.7 按照4.7～4.10进行继续试验，并称量干燥坩埚质量m₂及干燥坩埚和沉淀物质量m₇c。
7 结果整理
7.1 试样的酸溶性硫酸盐含量(以SO₃质量计)按式(T0341-1)计算，准确至0.1%。(T0341-1)
式中：C——  试样的酸溶性硫酸盐含量(以SO₃ 质量计),%;
0.343——硫酸钡(BaSO₄)  换算为SO₃的系数；
m₁——酸溶性硫酸盐试验的干燥试样的质量，g:
m₂—— 干燥坩埚的质量，g;
m₃—— 酸溶性硫酸盐含量试验的坩埚和灰化物总质量，g。
7.2 试样的水溶性硫酸盐含量(以SO₃质量计)按式(T0341-2)计算，准确至0.01%。C=k×0.343×(ms-m₂)
式中：C——试样的水溶性硫酸盐含量(以SO₃质量计),%;
0.343——硫酸钡(BaSO₄)换算为SO₃的系数；
k——浸泡时水与集料的质量比，g/g。对于一般集料k=2;对于轻集料，为1L水与1L集料的质量比；
m₃——水溶性硫酸盐含量试验的坩埚和灰化物总质量，go
7.3 试样的总硫含量(以S角至0.01% 。
式中：Cs——总硫含量(以S质量计),%;
0.1374——硫酸钡(BaSO₄)换算为S的系数；
m₆——总硫含量试验的无燥试样的质量，g;
m₇——总硫含量试验的坩埚和灰化物总质量，g。
7.4 取2个试样酸溶性硫酸盐含量的算术平均值作为试验结果，准确至0.1%。
7.5 取2个试样水溶性硫酸盐含量的算术平均值作为试验结果，准确至0.1%。
7.6 取2个试样总硫含量的算术平均值作为试验结果，准确至0.1%。
8 允许误差
8.1 酸溶性硫酸盐含量重复性试验的允许误差为0.2%。
8.2 水溶性硫酸盐含量重复性试验的允许误差为0.1%。
8.3 总硫含量重复性试验的允许误差为0.05%。
9 报告
9.1 试验项目名称和执行标准。
9.2 样品的编号、名称、产地和规格。
9.3 接样日期、样品描述。
9.4 试验日期、样品缩分方法。
9.5 主要仪器设备的名称、型号及编号。
9.6 酸溶性硫酸盐含量、水溶性硫酸盐含量、总硫含量试验结果。
9.7 要说明的其他内容。

条文说明

1 本规程中硫酸盐和硫化物含量测定方法共四项，Y0341中包含三项，T0381中一项。四项试验方法的试验结果差异性较大，不得混用。当未明确具体试验方法时，应按照本方法第4节测定酸溶性硫酸盐含量；对于水泥混凝土等再生集料，还应按T0381测定水溶性硫酸盐含量。
集料中的硫酸盐会侵蚀水泥浆导致水泥混凝土、水泥砂浆和水泥稳定材料膨胀破坏。集料中的一些硫化合物，如黄铁矿、磁黄铁矿和白铁矿，在一定条件下会产生氧化和水合反应，同时会伴随体积膨胀，生成的硫酸盐也会侵蚀水泥浆，进而导致材料的膨胀破坏。因此需要控制集料中的硫酸盐和硫化物含量
原T0341用水浸泡集料得到硫酸盐滤液，再加入氯化钡生成硫酸钡沉淀物，计算得到水溶性硫酸盐含量，以SO₃质量计算；由于集料中硫酸钡微溶于水，因此该试验测定硫酸盐含量稍偏低。CB/T14685/14684采用稀释盐酸萃取集料得到硫酸盐滤液，再加入氯化钡生成硫酸钡沉淀物，计算得到酸溶性硫酸盐含量，也以SO₃质量计算；采用稀释盐酸可萃取集料中所有硫酸盐，因此其测定值稍高于水溶性硫酸盐含量。工程应用时，对于水泥混凝土、砂浆、稳定材料，应采用酸溶性硫酸盐含量试验方法；对于级配碎石等粒料基层、底基层、垫层，采用水溶性硫酸盐含量试验方法。
集料中绝大部分硫化物不溶于水、不溶于稀盐酸，或与稀盐酸反应生成硫化氢逸出，原T0341和GB/T14685/14684中的方法均无法测定集料中硫化物含量，因此该两种方法测定结果称为硫酸盐和硫化物含量并不准确。集料中硫化物影响非常大，特别是含有磁黄铁矿，因此也需要控制硫化物含量。为此，本方法中提出了总硫含量试验方法，采用过氧化氢将硫化物生成硫酸根离子，然后用稀释盐酸溶解硫酸盐生成硫酸根离子，再加入氯化钡生成硫酸钡沉淀物，计算得到硫酸盐和硫化物总含量，国际上习惯上称为总硫含量，以S质量计。
硫酸盐和硫化物在集料中存在方式不同，其危害性是有差异的。例如，对于重矿渣，由于大部分硫酸盐被密封在结晶矿渣颗粒中，不参与水泥的水合反应，相应危害性低，因此重矿渣硫酸盐含量，或总硫含量技术要求往往是普通集料相应技术要求的2倍。但是，再生集料(例如石膏灰泥)硫酸盐往往吸附在集料颗粒表面，潜在危害性高，基本上都是反应性硫酸盐，很容易引起混凝土的膨胀破坏，因此对于再生集料国际上习惯测定水溶性硫酸盐含量进行严格控制。对于再生集料来说，硫酸根离子浓度较低，采用T0341中第5节方法测不准，需要按T0381方法测定。
本方法中三项试验，均采用重量法，其沉淀剂沉淀、高温燃烧等步骤基本相同，仅在试样制备、制作滤液时有所不同，因此，三项试验放入一个方法中。而再生集料水溶性硫酸盐含量采用比浊法，试验方法不同。
对于水泥混凝土、水泥砂浆和水稳材料用粗、细集料，一般集料总硫含量可按1%控制，重矿渣可按2%控制；对于含水泥的再生集料，水溶性硫酸盐含量可按0.2%、0.7%和1.3%三档控制。
4.4 滤液中硫酸根离子含量测定方法较多，如重量法、容量法(滴定法)、比浊法等。由于硫酸根离子与沉淀剂氯化钡反应生成硫酸钡，其高温灯烧较为稳定，试验精度高，因此多采用重量法作为硫酸根离子含量测定的标准方法
硫酸钡(BaSO₄)沉淀初生成时，一般形成细小的晶体，过滤时易穿过滤纸，引起沉淀的损失，因此进行沉淀时，应注意创造和控制有利于形成较大晶体的条件，如在搅拌条件下将热的沉淀剂溶液滴加入试样溶液、采用陈化步骤等。为了防止沉淀剂氯化钡与试样溶液中的碳酸等离子反应生成碳酸钙(BaCO₃)等沉淀，同时增加硫酸钡(BaSO₄)溶解度，以降低其相对饱和度，有利于获得颗粒较大的纯净而易于过滤的沉淀物，应在加入沉淀剂溶液之前，试样溶液应呈酸性，pH 应迭到1~1,5。
在酸溶性硫酸盐含量、总硫(硫酸盐和硫化物)含量试验时，在悬浮集料颗粒的溶液中加入盐酸，就会使得溶液中存在Fe等离子，会对沉淀产生干扰，为此需要加入氨水反应生成氢氧化铁等沉淀、过滤掉。

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