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【摘要】本文对集料酸碱性方法进行了探讨，尝试了采用PH值法、碱值法和表面Zata电势法来评价集料的酸碱度，并采用上述方法对石灰岩、花岗岩、石英岩和玄武岩四种典型集料的酸碱度进行了试验研究，试验结果表明，采用PH值法对集料酸碱度进行判别其区分度不好，但碱值法和表面Zata电势法对集料的酸碱度有较好的判别能力。
【关键词】路面材料；集料；酸碱度；判别方法；集料碱值Aggregate pH evaluation methods and experimental study Zhao Rui 【Abstract】This paper aggregates pH methods are discussed, try using the PH value method, the base value and surface Zata potential method to evaluate the pH of aggregates, and using the above method for limestone, granite, quartzite and basalt four typical aggregates were tested pH study, the test results show that aggregate PH pH value method to discriminate against its discrimination is bad, but the base value and surface Zata potential method to aggregate pH better discrimination capability. 【Key words】Pavement materials;Aggregate;pH;Discrimination method;Alkali aggregate value
1. 引言
集料酸碱度关系到沥青与集料的粘附性进而影响沥青混合料的路用性能，目前，针对集料酸碱度是根据组成集料的矿物成分中SiO2的含量来判定，SiO2含量大于65%即认为集料呈酸性，SiO2含量小于52%即认为集料呈碱性，而介于52%和65%之间时，认为集料呈中性，由于要准确测定集料中SiO2的含量比较困难，导致依据SiO2含量来判定集料的酸碱度实际当中难以操作。本文对集料酸碱性方法进行了探讨，尝试了采用PH值法、碱值法和表面Zata电势法来评价集料的酸碱度，并采用上述方法对石灰岩、花岗岩、石英岩和玄武岩四种典型集料的酸碱度进行了试验研究，试验结果表明，采用PH值法对集料酸碱度进行判别其区分度不好，但碱值法和表面Zata电势法对集料的酸碱度有较好的判别能力。
2. 集料酸碱度的PH值表征方法
2.1PH值定义。
pH值，亦称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。通常情况下（25℃、298K左右），当pH<7的时候，溶液呈酸性，当pH>7的时候，溶液呈碱性，当pH=7的时候，溶液为中性。
2.2实验方法。
（1）仪器：雷磁pHSJ-3F型精密pH计。
（2）测定方法：pH值是表征溶液酸碱程度的指标，固体和液体的pH值一般不能直接测量。为了考察几种集料的pH值，先将过量的集料加入到蒸馏水中，在随后放入130℃油浴锅中回流煮沸30分钟，冷却后放置24小时，测量上层清液的pH值。
2.3结果与讨论。
（1）本文使用上述方法测定了四种集料的pH值，如表1所示。
表1四种集料的pH值
集料 pH
石灰岩 8.54
花岗岩 9.28
石英岩 7.9
玄武岩 8.76
（2）如表1所示，四种集料pH值由大到小顺序为花岗岩、玄武岩、石灰岩、石英岩，而通常情况下石灰岩是碱性石料，其他几种是酸性集料，试验结果与实际情况不符。此外，从试验数据来看，不同集料水溶液的PH值相差无几，表明采用集料水溶液的PH值来判定集料的酸碱度区分度不是太好。
3. 集料碱值的测定
3.1碱值的定义。
（1）集料的酸碱性通常是按集料化学成分中SiO2含量的多少来区分的，SiO2含量大于65%的集料为酸性集料，SiO2含量小于52%的集料为碱性集料，SiO2含量在52%～65%的集料为中性集料。各种集料中SiO2的含量虽有一定的范围，但要较准确地确定集料的酸碱性，必须对集料的化学组成进行分析。而集料成分分析比较麻烦，需要时间长。本文提出了用相对比较的方法来确定集料的酸碱性强弱，即用分析纯的碳酸钙作为标准，其它集料的酸碱性强弱都与碳酸钙比较，这样就可得到各种集料的酸碱性相对强弱。该方法的理论依据是酸碱质子理论：“凡能与质子（H+）结合的物质都是碱。”测定方法是采用一定浓度的酸对一定粒径的集料进行侵蚀，然后测定溶液中消耗掉的H+离子浓度进行比较，并定义二者的比值为该集料的“碱值”。
（2）各种集料接受质子的能力不同，消耗掉的氢离子浓度也不相同，故碱值的大小不一样，因此，可以根据集料的碱值大小，确定其酸碱性的相对强弱。
3.2实验方法。
（1）仪器：精密酸度计、100ml移液管、烧瓶、60cm球型冷凝管、控温油浴锅。
（2）试剂：分析纯碱酸钙（粒径0.074mm）0.25M硫酸、0.05M邻苯二甲酸氢钾。
（3）试样：选择有代表性的集料，清洗后烘干，粉碎过筛，取粒径<0.074mm的石粉。
（4）分析方法：称取准备好的集料（粉）2+0.0002克，同时称取同样质量的碳酸钙，分别放入两只烧瓶内，用移液管各加入0.25M硫酸溶液1000ml ，随后放入130℃油浴锅中回流煮沸30分钟至完全反应后，冷却至室温。取出烧瓶中的上层清液，用精密酸度计测定清液中H+离子浓度。根据集料和碳酸钙消耗掉的氢离子浓度，计算集料的碱值。
3.3结果与讨论。
（1）我们用上述方法测定了四种集料的碱值，其结果见表2。
表2四种集料的碱值
集料 碱值
石灰岩 0.97
花岗岩 0.57
玄武岩 0.64
石英岩 0.55
（2）由试验结果可知，四种集料的碱值由大到小的顺序为：石灰岩、玄武岩、花岗岩、石英岩。这与前述集料的酸碱性通常按集料中SiO2的百分含量分类是吻合的。如典型的石灰岩中SiO2的含量为1.01%，属碱性集料，碱值大；花岗岩中SiO2含量为69.62%，属酸性集料，其碱值小。试验结果与事实吻合。
（3）用该方法测定的虽是“碱值”，但对碱性集料或酸性集料都适用。因为“碱值”是选择纯的碳酸钙作标准而得到的相对数值，所以不论什么集料都可以与标准物进行比较而得到“碱值”。
4. 集料表面Zeta电势的测定
4.1Zeta电势的定义。
（1）Zeta电位又叫电动电位或电动电势（ζ——电位或ζ——电势），是指剪切面(Shear Plane)的电位，是表征胶体分散系稳定性的重要指标。
（2）由于分散粒子表面带有电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。根据Stern双电层理论可将双电层分为两部分，即Stern层和扩散层。当分散粒子在外电场的作用下，稳定层与扩散层发生相对移动时的滑动面即是剪切面，该处对远离界面的流体中的某点的电位称为Zeta电位或电动电位（ζ——电位）。即Zeta电位是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差。它可以通过电动现象直接测定。
（3）Zeta电位的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta电位（正或负）越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta电位（正或负）越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。
图1双电层模型图
（4）路用集料，属多种单质化合物的混合物， 其性质决定于它的矿物组成. 当其被粉碎成细颗粒作为分散相分散于介质水中， 即在每个颗粒周围形成双电层. 由于在组成双电层之一的扩散层内存在着过剩反离子的净电荷， 这些离子在电场的作用下发生移动. 由于这些离子是水合离子， 故在其本身运动的同时， 将带动水的运动， 运动方向取决于集料表面普遍带有电荷的性质， 集料表面普遍带有电荷的性质不同， 其方向也异. 故可根据液体运动的方向判定集料表面所带电荷的性质， 而我们所测试的电势， 就是集料与水两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差. 这个电位的大小， 在双电层厚度一定的情况下， 取决于集料表面占主导地位的电荷密度， 即电荷密度越大， Zeta电位越大。
4.2实验方法。
4.2.1仪器：JS94H型微电泳仪（上海中晨数字技术设备有限公司），JAC-1505型超声波清洗仪（韩国KODO技术开发公司）。
4.2.2测定方法：
（1）将矿料洗净， 烘干， 粉碎并过筛， 取用80~ 100 目，取1g左右放到装满蒸馏水的10ml具塞试管中，盖紧塞子后上下摇晃100下，然后在超声波粉碎仪中分散2min，配制完成立即使用。
（2）连接好计算机与微电泳仪，启动计算机。
（3）运行微电泳仪软件，进入dh子目录，运行子目录中的dh.exe即可启动微电泳仪应用程序。
（4）进入主界面后点击OPTION菜单中的CONNECT选项，出现OK，表明计算机与仪器连接成功。
（5）用去离子水冲洗电泳仪和电极装置，将被测样品注入电泳杯，使用十字标，将其放入样品槽，调节三维旋纽，至图象显示区中心出现清晰的十字标即可完成调焦与定位的工作。将十字标取出，插入电极，使电极充分润湿，不要使极板之间区域产生气泡。
（6）使用OPTION菜单中的SETTING，进行电压等的设定，并输入样品的pH值，按启动，图象上颗粒会随电极的切换左右移动，使用快捷键调节所需画面和画质，稍后按存盘，程序截取图象供分析计算用。
（7）选取清晰颗粒进行zeta电势的计算，同时判断颗粒的带电状态。
4.3结果与讨论。
（1）按照上述方法测定了4种集料的Zeta电势，如表3所示。
表3四种集料的Zeta电势
集料 Zeta电势/mV
石灰岩 +20.36
花岗岩 -34.5
玄武岩 +10.24
石英岩 -26.6
（2）从试验结果来看，四种集料中石灰岩和玄武岩带正电荷，而花岗岩和石英岩带有负电荷。以Zeta电势来看，石灰岩和玄武岩应当属于碱性集料，花岗岩和石英岩属于酸性集料。试验结果与事实吻合。
5. 结论
采用“碱值法”和“表面Zata电势法”可以较快速的定量评价集料的酸碱度，并且试验结果具有较好的区分度和可靠度。受试验条件限制，实践表明集料水溶液的PH值与集料的酸碱度并无明显的相关性，即采用集料水溶液的PH值来判定集料的酸碱度准确性和可靠性较差。
参考文献
［1］LANE, A.R. and OTTEWILL, A.. The preparation and properties of bitumen emulsions stabilised by cationic surface active agents［J］.Theory and Practice of Emulsion Technology, 1976，p.157.
［2］POIRIER, J.E., BOURREL, M., CASTILLO, P., et al. AspHalt emulsions: Experimental study of cationic surfactant adsorption at the aspHalt water interface［J］Programme of Colloid Polymer Science ,1989, 79,p.106.
［3］CHOQUET, F.. Measuring the breaking and setting index of cationic bitumen emulsions［J］. First World Congress on Emulsions, 1993, p.1-40-167/1.
［4］MARCHAL, J.L., JULIEN, P. and BOUSSAD, N. . A new approach to cold mix design and performance, Summaries and Papers Volume IB［J］.5th Eurobitume Congress,1993a, p.531.
［5］MARCHAL, J.L., JULIEN, P. and BOUSSAD, N.. Bitumen emulsions testing: Towards a better understanding of emulsion behaviour, Summaries and Papers Volume IA［J］.5th Eurobitume Congress, 1993b, p.275.
［文章编号］1006-7619（2014）06-20-338
［作者简介］ 赵睿（1989.9-），汉族，职称：助理工程师，工作单位：贵州陆通公路工程监理有限责任公司，毕业学校：贵州大学，专业：道路与桥梁专业。
【关键词】路面材料；集料；酸碱度；判别方法；集料碱值Aggregate pH evaluation methods and experimental study Zhao Rui 【Abstract】This paper aggregates pH methods are discussed, try using the PH value method, the base value and surface Zata potential method to evaluate the pH of aggregates, and using the above method for limestone, granite, quartzite and basalt four typical aggregates were tested pH study, the test results show that aggregate PH pH value method to discriminate against its discrimination is bad, but the base value and surface Zata potential method to aggregate pH better discrimination capability. 【Key words】Pavement materials;Aggregate;pH;Discrimination method;Alkali aggregate value
1. 引言
集料酸碱度关系到沥青与集料的粘附性进而影响沥青混合料的路用性能，目前，针对集料酸碱度是根据组成集料的矿物成分中SiO2的含量来判定，SiO2含量大于65%即认为集料呈酸性，SiO2含量小于52%即认为集料呈碱性，而介于52%和65%之间时，认为集料呈中性，由于要准确测定集料中SiO2的含量比较困难，导致依据SiO2含量来判定集料的酸碱度实际当中难以操作。本文对集料酸碱性方法进行了探讨，尝试了采用PH值法、碱值法和表面Zata电势法来评价集料的酸碱度，并采用上述方法对石灰岩、花岗岩、石英岩和玄武岩四种典型集料的酸碱度进行了试验研究，试验结果表明，采用PH值法对集料酸碱度进行判别其区分度不好，但碱值法和表面Zata电势法对集料的酸碱度有较好的判别能力。
2. 集料酸碱度的PH值表征方法
2.1PH值定义。
pH值，亦称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。通常情况下（25℃、298K左右），当pH<7的时候，溶液呈酸性，当pH>7的时候，溶液呈碱性，当pH=7的时候，溶液为中性。
2.2实验方法。
（1）仪器：雷磁pHSJ-3F型精密pH计。
（2）测定方法：pH值是表征溶液酸碱程度的指标，固体和液体的pH值一般不能直接测量。为了考察几种集料的pH值，先将过量的集料加入到蒸馏水中，在随后放入130℃油浴锅中回流煮沸30分钟，冷却后放置24小时，测量上层清液的pH值。
2.3结果与讨论。
（1）本文使用上述方法测定了四种集料的pH值，如表1所示。
表1四种集料的pH值
集料 pH
石灰岩 8.54
花岗岩 9.28
石英岩 7.9
玄武岩 8.76
（2）如表1所示，四种集料pH值由大到小顺序为花岗岩、玄武岩、石灰岩、石英岩，而通常情况下石灰岩是碱性石料，其他几种是酸性集料，试验结果与实际情况不符。此外，从试验数据来看，不同集料水溶液的PH值相差无几，表明采用集料水溶液的PH值来判定集料的酸碱度区分度不是太好。
3. 集料碱值的测定
3.1碱值的定义。
（1）集料的酸碱性通常是按集料化学成分中SiO2含量的多少来区分的，SiO2含量大于65%的集料为酸性集料，SiO2含量小于52%的集料为碱性集料，SiO2含量在52%～65%的集料为中性集料。各种集料中SiO2的含量虽有一定的范围，但要较准确地确定集料的酸碱性，必须对集料的化学组成进行分析。而集料成分分析比较麻烦，需要时间长。本文提出了用相对比较的方法来确定集料的酸碱性强弱，即用分析纯的碳酸钙作为标准，其它集料的酸碱性强弱都与碳酸钙比较，这样就可得到各种集料的酸碱性相对强弱。该方法的理论依据是酸碱质子理论：“凡能与质子（H+）结合的物质都是碱。”测定方法是采用一定浓度的酸对一定粒径的集料进行侵蚀，然后测定溶液中消耗掉的H+离子浓度进行比较，并定义二者的比值为该集料的“碱值”。
（2）各种集料接受质子的能力不同，消耗掉的氢离子浓度也不相同，故碱值的大小不一样，因此，可以根据集料的碱值大小，确定其酸碱性的相对强弱。
3.2实验方法。
（1）仪器：精密酸度计、100ml移液管、烧瓶、60cm球型冷凝管、控温油浴锅。
（2）试剂：分析纯碱酸钙（粒径0.074mm）0.25M硫酸、0.05M邻苯二甲酸氢钾。
（3）试样：选择有代表性的集料，清洗后烘干，粉碎过筛，取粒径<0.074mm的石粉。
（4）分析方法：称取准备好的集料（粉）2+0.0002克，同时称取同样质量的碳酸钙，分别放入两只烧瓶内，用移液管各加入0.25M硫酸溶液1000ml ，随后放入130℃油浴锅中回流煮沸30分钟至完全反应后，冷却至室温。取出烧瓶中的上层清液，用精密酸度计测定清液中H+离子浓度。根据集料和碳酸钙消耗掉的氢离子浓度，计算集料的碱值。
3.3结果与讨论。
（1）我们用上述方法测定了四种集料的碱值，其结果见表2。
表2四种集料的碱值
集料 碱值
石灰岩 0.97
花岗岩 0.57
玄武岩 0.64
石英岩 0.55
（2）由试验结果可知，四种集料的碱值由大到小的顺序为：石灰岩、玄武岩、花岗岩、石英岩。这与前述集料的酸碱性通常按集料中SiO2的百分含量分类是吻合的。如典型的石灰岩中SiO2的含量为1.01%，属碱性集料，碱值大；花岗岩中SiO2含量为69.62%，属酸性集料，其碱值小。试验结果与事实吻合。
（3）用该方法测定的虽是“碱值”，但对碱性集料或酸性集料都适用。因为“碱值”是选择纯的碳酸钙作标准而得到的相对数值，所以不论什么集料都可以与标准物进行比较而得到“碱值”。
4. 集料表面Zeta电势的测定
4.1Zeta电势的定义。
（1）Zeta电位又叫电动电位或电动电势（ζ——电位或ζ——电势），是指剪切面(Shear Plane)的电位，是表征胶体分散系稳定性的重要指标。
（2）由于分散粒子表面带有电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。根据Stern双电层理论可将双电层分为两部分，即Stern层和扩散层。当分散粒子在外电场的作用下，稳定层与扩散层发生相对移动时的滑动面即是剪切面，该处对远离界面的流体中的某点的电位称为Zeta电位或电动电位（ζ——电位）。即Zeta电位是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差。它可以通过电动现象直接测定。
（3）Zeta电位的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta电位（正或负）越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta电位（正或负）越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。
图1双电层模型图
（4）路用集料，属多种单质化合物的混合物， 其性质决定于它的矿物组成. 当其被粉碎成细颗粒作为分散相分散于介质水中， 即在每个颗粒周围形成双电层. 由于在组成双电层之一的扩散层内存在着过剩反离子的净电荷， 这些离子在电场的作用下发生移动. 由于这些离子是水合离子， 故在其本身运动的同时， 将带动水的运动， 运动方向取决于集料表面普遍带有电荷的性质， 集料表面普遍带有电荷的性质不同， 其方向也异. 故可根据液体运动的方向判定集料表面所带电荷的性质， 而我们所测试的电势， 就是集料与水两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差. 这个电位的大小， 在双电层厚度一定的情况下， 取决于集料表面占主导地位的电荷密度， 即电荷密度越大， Zeta电位越大。
4.2实验方法。
4.2.1仪器：JS94H型微电泳仪（上海中晨数字技术设备有限公司），JAC-1505型超声波清洗仪（韩国KODO技术开发公司）。
4.2.2测定方法：
（1）将矿料洗净， 烘干， 粉碎并过筛， 取用80~ 100 目，取1g左右放到装满蒸馏水的10ml具塞试管中，盖紧塞子后上下摇晃100下，然后在超声波粉碎仪中分散2min，配制完成立即使用。
（2）连接好计算机与微电泳仪，启动计算机。
（3）运行微电泳仪软件，进入dh子目录，运行子目录中的dh.exe即可启动微电泳仪应用程序。
（4）进入主界面后点击OPTION菜单中的CONNECT选项，出现OK，表明计算机与仪器连接成功。
（5）用去离子水冲洗电泳仪和电极装置，将被测样品注入电泳杯，使用十字标，将其放入样品槽，调节三维旋纽，至图象显示区中心出现清晰的十字标即可完成调焦与定位的工作。将十字标取出，插入电极，使电极充分润湿，不要使极板之间区域产生气泡。
（6）使用OPTION菜单中的SETTING，进行电压等的设定，并输入样品的pH值，按启动，图象上颗粒会随电极的切换左右移动，使用快捷键调节所需画面和画质，稍后按存盘，程序截取图象供分析计算用。
（7）选取清晰颗粒进行zeta电势的计算，同时判断颗粒的带电状态。
4.3结果与讨论。
（1）按照上述方法测定了4种集料的Zeta电势，如表3所示。
表3四种集料的Zeta电势
集料 Zeta电势/mV
石灰岩 +20.36
花岗岩 -34.5
玄武岩 +10.24
石英岩 -26.6
（2）从试验结果来看，四种集料中石灰岩和玄武岩带正电荷，而花岗岩和石英岩带有负电荷。以Zeta电势来看，石灰岩和玄武岩应当属于碱性集料，花岗岩和石英岩属于酸性集料。试验结果与事实吻合。
5. 结论
采用“碱值法”和“表面Zata电势法”可以较快速的定量评价集料的酸碱度，并且试验结果具有较好的区分度和可靠度。受试验条件限制，实践表明集料水溶液的PH值与集料的酸碱度并无明显的相关性，即采用集料水溶液的PH值来判定集料的酸碱度准确性和可靠性较差。
参考文献
［1］LANE, A.R. and OTTEWILL, A.. The preparation and properties of bitumen emulsions stabilised by cationic surface active agents［J］.Theory and Practice of Emulsion Technology, 1976，p.157.
［2］POIRIER, J.E., BOURREL, M., CASTILLO, P., et al. AspHalt emulsions: Experimental study of cationic surfactant adsorption at the aspHalt water interface［J］Programme of Colloid Polymer Science ,1989, 79,p.106.
［3］CHOQUET, F.. Measuring the breaking and setting index of cationic bitumen emulsions［J］. First World Congress on Emulsions, 1993, p.1-40-167/1.
［4］MARCHAL, J.L., JULIEN, P. and BOUSSAD, N. . A new approach to cold mix design and performance, Summaries and Papers Volume IB［J］.5th Eurobitume Congress,1993a, p.531.
［5］MARCHAL, J.L., JULIEN, P. and BOUSSAD, N.. Bitumen emulsions testing: Towards a better understanding of emulsion behaviour, Summaries and Papers Volume IA［J］.5th Eurobitume Congress, 1993b, p.275.
［文章编号］1006-7619（2014）06-20-338
［作者简介］ 赵睿（1989.9-），汉族，职称：助理工程师，工作单位：贵州陆通公路工程监理有限责任公司，毕业学校：贵州大学，专业：道路与桥梁专业。