集料矿粉亲水系数检测技术规程

1 检测项目分类及技术要点

1.1 检测项目分类

集料矿粉亲水系数检测主要分为以下三类：

1.1.1 按材料用途分类

• 沥青混合料用矿粉亲水系数：评价矿粉与沥青粘附性的指标

• 水泥混凝土用矿粉亲水系数：评价矿粉与水泥浆体相容性的指标

• 基层材料用矿粉亲水系数：评价矿粉稳定性的辅助指标

1.1.2 按检测方法分类

• 静置沉淀法：传统方法，利用矿粉在水和煤油中沉降体积比测定

• 离心分离法：快速检测方法，通过离心力加速分离过程

• 光学检测法：利用光学原理测定矿粉在液相中的分散特性

1.1.3 按评价指标分类

• 体积法亲水系数：基于沉降体积比计算

• 质量法亲水系数：基于悬浮质量变化计算

• 速率法亲水系数：基于沉降速率比值计算

1.2 技术要点

1.2.1 样品制备要点

• 矿粉样品需在105℃±5℃烘箱中烘干至恒重，冷却至室温

• 样品应通过0.075mm筛，确保粒度均匀性

• 样品保存需置于干燥器中，防止吸潮

• 称量精度应达到0.01g

1.2.2 试验条件控制

• 试验环境温度：20℃±2℃

• 相对湿度：≤60%

• 试验用水：蒸馏水或去离子水，pH值6.5-7.5

• 煤油：工业级，密度0.78-0.82g/cm³，无色透明

1.2.3 操作过程要点

• 沉降筒必须清洁干燥，无油污残留

• 矿粉加入时应缓慢均匀，防止结块

• 振荡时间和强度需严格统一

• 沉降时间根据不同方法确定（静置法通常为24h）

• 读数时应避免振动和温度变化

1.2.4 数据记录与处理

• 每个样品平行试验不少于2次

• 读数精确至0.1mL

• 相对误差应控制在5%以内

• 异常数据需进行复测验证

2 各行业检测范围的具体要求

2.1 公路工程行业（JTG E42-2005）

2.1.1 适用范围

• 沥青路面工程用矿粉的亲水系数测定

• 适用于高速公路、一级公路及以下等级公路

2.1.2 技术指标要求

• 沥青面层用矿粉亲水系数：≤0.8

• 基层用矿粉亲水系数：≤1.0

• 极重、特重交通等级：≤0.7

2.1.3 试验方法标准

• 采用T 0353-2000《矿粉亲水系数试验》

• 静置沉降时间：24h±0.5h

• 沉降筒规格：50mL具塞量筒

2.1.4 结果评定规则

• 取两次平行试验的算术平均值

• 单次测定值与平均值的差值不得超过0.05

• 超出范围需重新试验

2.2 铁路工程行业（TB 10102-2010）

2.2.1 适用范围

• 铁路有砟轨道道床用矿粉

• 无砟轨道水泥乳化沥青砂浆用矿粉

2.2.2 技术指标要求

• 客运专线用矿粉亲水系数：≤0.7

• 客货共线铁路用矿粉亲水系数：≤0.8

• 重载铁路用矿粉亲水系数：≤0.8

2.2.3 试验方法标准

• 参照《铁路工程集料试验规程》中相关方法

• 需同时测定pH值和比表面积

• 试验温度控制：20℃±1℃

2.2.4 特殊要求

• 高速铁路用矿粉需进行冻融循环后的亲水系数测定

• 耐久性要求高的工程需进行长期亲水性监测

2.3 水运工程行业（JTS/T 232-2019）

2.3.1 适用范围

• 港口工程沥青混凝土用矿粉

• 航道整治工程水泥混凝土用矿粉

2.3.2 技术指标要求

• 水位变化区用矿粉：≤0.7

• 水下工程用矿粉：≤0.8

• 浪溅区用矿粉：≤0.6

2.3.3 试验方法标准

• 采用离心分离法作为仲裁方法

• 离心转速：3000r/min±100r/min

• 离心时间：15min±1min

2.3.4 特殊要求

• 需进行海水环境适应性试验

• 抗氯离子渗透性能与亲水系数关联评定

2.4 建筑工程行业（JGJ 52-2006）

2.4.1 适用范围

• 建筑屋面防水层用矿粉

• 建筑地面工程用矿粉

• 特种砂浆用矿粉

2.4.2 技术指标要求

• 屋面防水层用矿粉：≤0.6

• 地面工程用矿粉：≤0.9

• 防水砂浆用矿粉：≤0.7

2.4.3 试验方法标准

• 采用体积法测定

• 可选用静置法或快速振荡法

• 快速振荡法沉降时间：4h

2.4.4 结果评定规则

• 需结合含水率指标综合评定

• 防水等级高的工程需进行复验

3 检测仪器的原理和应用

3.1 静置沉降法仪器

3.1.1 主要仪器组成

• 具塞量筒：50mL或100mL，分度值0.5mL，材质为无色透明玻璃

• 振荡器：往复式振荡器，频率120次/min±10次/min

• 分析天平：感量0.01g，最大称量不小于200g

• 烘箱：控温精度±1℃，温度范围室温~200℃

• 干燥器：直径200-300mm，内置变色硅胶

• 标准筛：0.075mm方孔筛，附筛盖和筛底

3.1.2 工作原理

• 基于矿粉颗粒在不同液相介质中的沉降特性差异

• 矿粉在水介质中因亲水性而分散均匀，沉降较慢

• 矿粉在煤油介质中因疏水性而团聚，沉降较快

• 通过测定相同条件下两种液相中的沉降体积比，计算亲水系数

3.1.3 计算公式
亲水系数 = V水 / V油
式中：V水——矿粉在水中沉降体积，mL
V油——矿粉在煤油中沉降体积，mL

3.1.4 应用特点

• 优点：设备简单，操作直观，成本低廉

• 缺点：试验周期长（24h），人为误差较大

• 适用：常规工程质量控制，中小型实验室

3.2 离心分离法仪器

3.2.1 主要仪器组成

• 离心机：转速0-4000r/min可调，离心管容量50mL或100mL

• 离心管：锥形刻度离心管，分度值0.1mL，具密封盖

• 电子天平：感量0.001g

• 振荡器：涡旋振荡器或往复式振荡器

• 移液器：10mL、25mL精密移液器

3.2.2 工作原理

• 利用离心力场加速固液分离过程

• 相同离心条件下，矿粉颗粒在不同介质中的沉降体积差异

• 离心力使矿粉颗粒强制沉降，缩短试验时间

• 通过测定离心后的沉降体积比计算亲水系数

3.2.3 计算公式
亲水系数 = (V水 × ρ水) / (V油 × ρ油)
式中：ρ水——水的密度校正系数
ρ油——煤油的密度校正系数
（通常可简化为体积比）

3.2.4 应用特点

• 优点：试验速度快（30-60min），精度高，重复性好

• 缺点：设备投资较大，需定期校准离心机

• 适用：仲裁试验，快速检测，大规模质量控制

3.3 光学检测法仪器

3.3.1 主要仪器组成

• 分光光度计：波长范围400-700nm，比色皿光程10mm

• 浊度计：量程0-1000NTU，精度0.1NTU

• 颗粒图像分析仪：配有显微镜和图像处理系统

• 自动滴定仪：用于控制液相加入速率

• 恒温循环水浴：控温精度±0.1℃

3.3.2 工作原理

• 基于矿粉颗粒在液相中的光散射和透射特性

• 亲水性矿粉在水中形成稳定悬浮液，浊度高

• 疏水性矿粉在水中快速沉降，浊度降低快

• 通过测定特定时间内的浊度变化率计算亲水指数

• 或通过测定沉降平衡后的光密度比值计算亲水系数

3.3.3 计算公式
亲水系数 = (T水 / T油) × K
或 亲水指数 = (ΔNTU水 / ΔNTU油) × t
式中：T水——水中透光率
T油——煤油中透光率
K——仪器校正系数
ΔNTU——浊度变化量
t——时间因子

3.3.4 应用特点

• 优点：自动化程度高，实时监测，数据信息丰富

• 缺点：设备昂贵，操作复杂，需专业技术人员

• 适用：科研机构，大型工程检测中心，特种材料研究

3.4 辅助仪器与设备

3.4.1 样品前处理设备

• 真空干燥箱：用于特殊矿粉的干燥处理

• 玛瑙研钵：用于研磨结块矿粉

• 分样器：用于样品缩分，保证代表性

3.4.2 环境控制设备

• 恒温恒湿箱：用于控制试验环境

• 超净工作台：用于高精度检测时的样品处理

3.4.3 数据采集与处理设备

• 图像采集系统：用于记录沉降过程

• 专用计算软件：用于自动计算亲水系数

• 数据管理系统：用于检测数据的存储和分析

3.5 仪器校准与维护

3.5.1 定期校准项目

• 天平：每年检定一次，使用前用标准砝码校验

• 离心机：每半年校验转速，使用前平衡离心管

• 量筒：每两年校准一次容积刻度

• 温度计：每年检定一次，使用前零点校验

3.5.2 日常维护要点

• 玻璃仪器使用后立即清洗，避免残留物固化

• 离心机定期添加润滑油，检查碳刷磨损

• 光学仪器保持光路清洁，定期更换干燥剂

• 所有仪器使用后记录运行状态

3.5.3 常见故障处理

• 量筒刻度模糊：立即更换，不得继续使用

• 离心机振动异常：检查转子平衡和轴承

• 分光光度计零点漂移：预热充分后进行校准

• 数据异常波动：检查环境条件和样品代表性

4 检测结果的应用与评价

4.1 亲水系数与材料性能关系

• 亲水系数＜0.6：强疏水性矿粉，与沥青粘附性优良

• 亲水系数0.6-0.8：中等疏水性矿粉，与沥青粘附性良好

• 亲水系数0.8-1.0：弱疏水性矿粉，需改善粘附性

• 亲水系数＞1.0：亲水性矿粉，不适用于沥青混合料

4.2 影响因素分析

• 矿粉矿物组成：碳酸盐类矿粉亲水系数小

• 矿粉细度：比表面积越大，亲水系数变化越明显

• 矿粉表面性质：经表面处理的矿粉亲水系数降低

• 试验条件：温度、振荡强度、沉降时间均有影响

4.3 质量控制建议

• 建立本地区矿粉亲水系数数据库

• 对不同料源矿粉进行定期抽检

• 结合其他指标（如塑性指数、比表面积）综合评价

• 特殊工程应进行模拟使用条件下的亲水系数测定