ISO/R 680:1968
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Relations
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UDC 666.9 : 545
IS0
I N T ERN AT I O N A L O RG A N IZ AT I O N FOR STAND AR D I ZATlO N
y\,
f
IS0 RECOMMENDATION
R 680
CHEMICAL ANALYSIS OF CEMENTS
MAIN CONSTITUENTS OF PORTLAND CEMENT
I
1st EDITION
March 1968
COPYRIGHT RESERVED
The copyright of IS0 Recommendations and IS0 Standards
belongs to IS0 Member Bodies. Reproduction of these
documents, in any country, may be authorized therefore only
by the national standards organization of that country, being
a member of ISO.
For each individual country the only valid standard is the national standard of that country.
Printed in Switzerland
Also issued in French and Russian. Copies to be obtained through the national standards organizations.
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BRIEF HISTORY
The IS0 Recommendation R 680, Chemical analysis of cements - Main constituents of port-
land cement, was drawn up by Technical Committee ISO/TC 74, Hydraulic binders, the Secretariat of
which is held by the Institut Belge de Normalisation (IBN).
Work on this question by the Technical Committee began in 1958 and led, in 1963, to the
adoption of a Draft IS0 Recommendation.
In February 1965, this Draft IS0 Recommendation (No. 773) was circulated to all the IS0
Member Bodies for enquiry. It was approved, subject to a few modifications of an editorial nature, by
the following Member Bodies :
Argentina India Poland
Portugal
Australia Ireland
Romania
Austria Israel
Italy Sweden
Belgium
Turkey
Czechoslovakia Japan
Denmark Korea, Rep. of U.A.R.
France Netherlands United Kingdom
U.S.S.R.
Germany New Zealand
Yugoslavia
Hungary Norway
One Member Body opposed the approval of the Draft :
U.S.A.
The Draft IS0 Recommendation was then submitted by correspondence to the IS0 Council
which decided, in March 1968, to accept it as an IS0 RECOMMENDATION.
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ISO/R 680-1968 (E)
IS0 Recommendation R 680 March 1968
CHEMICAL ANALYSIS OF CEMENTS
MAIN CONSTITUENTS OF PORTLAND CEMENT
1. GENERAL INSTRUCTIONS
1.1 Reagents
All reagents should be of the analytical reagent grade.
1.2 Filter-paper
Filter-papers should be ash-free. Fiiter-papers with a close texture are called slow, filter-papers
with a medium texture are called medium and filter-papers with an open texture are called
fast.
I .3 Blank determinations
A blank determination is recommended in every case. If possible, it is best carried out with a
substance of nearly the same composition as the sample to be analysed, but without the con-
stituent to be determined; otherwise carry out all the described operations without introducing
the sample.
2. DETERMINATION OF LOSS ON IGNITION
Procedure
2.1
Place 1 g of the sample in a weighed covered platinum crucible with a volume of 20 to 25 ml.
Heat the crucible and its content to con an mass in a muffle furnace t temperature of
925 tr 25 OC. The initial heating takes 15 subsequent periods last S
w phde:
w
2.2 Expression of results
Calculate the percentage loss on ignition to the nearest 0.1
NOTE. - If heating is carried out at a different temperature this fact should be mentioned in the test report.
3. DETERMINATION OF INSOLUBLE RESIDUE
3.1 Procedure
To 1 g of sample add 10 ml of cold water and whilst vigorously stirring the mixture add S ml
hydrochloric acid (d = 1.19).
If necessary, warm the solution gently and disperse the sample with the flattened end of a glass
rod until decomposition of the cement appears to be quite complete.
Dilute the solution to SO ml and digest for 15Qat a temperature just below boiling. Filter dhi
the residue on a medium filter-paper, wash six times with hot water. Transfer the filter-paper
and its contents back to the reaction beaker. Add 100 ml of sodium hydroxide (10 g/l) and
maintain the solution at a temperature just below boiling point for 15 min. In the presence of
methyl red as indicator acidify the solution with hydrochloric acid, and add an excess amount
equivalent to four or five drops of hydrochloric acid. Filter on a medium filter-paper and wash
the residue twelve to fifteen times with a hot solution of ammonium nitrate (20 g/l).
Ignite the residue in a weighed crucible at 900 to 1000 "C to constant mass.
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Expression of results
Calculate the per nt e of insoluble residue to the the increase in
mass in gramme 00. If necessary, make a blank following the same proce-
dure and using t v e same reagents, and correct the analytical results obtained accordingly. The
resultant figure for the insoluble residue should be reported separately and should not in any
case be deducted from the total silica.
4. DETERMINATION OF TOTAL SILICA (SiO,) (MACZKOWSKI METHOD)
Principle
The soluble silicates are decomposed by hydrochloric acid in the presence of ammonium chlo-
ride which breaks down the gel of silica as it for s. thus allowing a rapid and quantitative
precipitation of silicic acid by just heating for 30 on a water-bath.
w
This is followed by filtration, ig ition and weighing of the silica. Final determination of the
I
proportion of silica is by volatili tion of the latter in the form of silicon tetrafluoride in the
presence of sulphuric acid. i"
4.2 Cause of errors
This shortened method of precipitation does not give correct results unless the procedure givcn
below is strictly observed.
The residue from the purification by hydrofluoric acid should be heated to at least 1150 to
1200 "C otherwise traces of entrained total oxides K,O, retain a measurable amount of sul-
phuric anhydride which can cause a significant error in the calculation of silica.
4.3
Procedure
Weigh accurately 1 g of the sample and 1 g of ammonium chloride. Mix the whole carefully in
a 350 ml beaker and spread the material evenly over the bottom of the beaker.
Cover the beaker with a watch glass and add slowly, using a graduated pipette, 10 ml concen-
trated hydrochloric acid (d = 1.19) down the side of the beaker. When the reaction has sub-
sided, stir the mixture with a glass rod to break down any lumps which may have formed.
Place the beaker together with its cover on a water-bath for 30 min. The temperature should
not exceed 100 "C.
During this time stir the contents of the beaker frequently with the glass rod to prevent the
formation of lumps.
Dilute the syrupy residue at the bottom of the beaker with about SO nil of hot distilled water
and pour on to a fast filter-paper of 11 cm diameter. Thoroughly wash the precipitate twice
with hot 5 "/" hydrochloric acid and then with hot distilled water until the washings are free
from chloride (tested by means of silver nitrate).
Place the precipitate with its filter-paper in a weighed platinum crucible, cover the crucible with
its lid and heat gently to smoke off the filter-paper without it flaming, so that entrainme
silica does not take place. Finally, ignite at 1150 to
in an electric furnace for 45
Cool in a desiccator to ambient temperature (about
This gives the total silica, contaminated with
oxides (Al , O, Fe, O,
etc.). - --.\
4.4
Purification of the silica
Moisten the contents of the crucible with a few drops of water and on to this pour 5 in1 of
pure concentrated hydrofluoric acid and three or four drops of concentrated sulphuric acid.
Evaporate the c ntents of the crucible on a sand bath or any other convenient evaporator.
ignite for 5 at a temperature of 1 150 to 1200 "C, cool in a desiccator and weigh. This gives
the traces O c,sp O ides retained by the silica; subtract this mass from the original mass to give the
pure silica; multiply the result by 100 and calculate to the nearest 0.1
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ISO/R 680-1%8 (E
NOTIS
1. In order to prevent the fluosilicic acid vapours from spreading, it is advisable to cover the sand
bath with a lead funnel connected by a lead pipe to a water pump to draw off the fumes.
7 The residue from the silica should be brought into solution for the accurate determination of ti-
tanium dioxide (see IS0 Recommendation R 681, Chemical analysis of cements Minor con-
stituents of Portland Cement).
3. If an error of 0.1 “1” is of importance, the completeness of separation can be checked by colori-
metry on an aliquot part of the filtrate from the precipitate of silica.
4. The figure for the insoluble residue should not in any case be deducted from the total silica.
DETERMINATION OF TOTAL OXIDES (R203)
5.
(aluminium-. iron-, titanium-, vanadium-.
chromium oxide and phosphoric anhydride)
5.1 Principle
Precipitation of the combined hydroxides using ammonia in the presence of ammonium salts
and weighing the sum of the oxides after ignition.
5.2 Particular points
(a) Presetre of arnnioriium salts.
These salts allow a more controlled neutral’ tion and flocculate the colloid. Thy also re-
duce the absorption of other elements a 6 d prevent the precipitation of hydroxides of
magnesium and calcium by the formation of complex salts. They prevent the entrainment
of sodium chloride and sulphuric anhydride.
(b) Presence of Ti4+, PO,”-, V5+ atid Cr”.
These ions precipitate at the same time as aluminium hydroxide and if they are found to
be present in appreciable quantity it is advised that a separate determination of these
should be made in order to obtain their value for the estimation of aluminium oxide by
difference (see Section 9).
(c,) The presence of carbon dioxide in the ammonia solution
This carbonation causes the entrainment of a certain quantity of lime.
5.3 Procedure
Add about 5 ml of bromine water to the filtrate from the silica separation (double this volume
in the presence of high concentrations of manganese); 3 hydrogen peroxide solution can also
be used as a means of oxidation instead of bromine water. Evaporate until all free bromine has
been driven off. and to a volume of 150 mi. Then add two or three drops of methyl red solu-
tion and 1 g of ammonium n‘trate and precipitate the hydroxides by the addition drop by
drop of ammonia (1 + 9)/~w$ree of carbonic acid until the solution is coloured yellow. Stir
vigorously during the precipitation. Then cover the beaker with a watch glass and allow the pre-
cipitate to settle for a few minutes. Decant the solution on to a medium filter-paner of 1
...
Réf. No : ISO/R680-1968 (FI
CDU 666.9 : 545
IS0
ORGAN IS AT1 ON INTERN AT I ON A LE DE NORM A LI SAT1 ON
R ECO M M A N D AT1 O N I S O
ANALYSE CHIMIQUE DES CIMENTS
ÉLÉMENTS PRINCIPAUX DU CIMENT PORTLAND
ibre EDITION
Mars 1968
REPRODUCTION INTERDITE
Le droit de reproduction des Recommandations IS0 et des Normes
consé-
IS0 est la propriété des Comités Membres de IWO. En
quence, dans chaque pays, la reproduction de ces documents ne
peut être autorisée que par l’organisation nationale de normali-
sation de ce pays, membre de I’ISO.
Seules les normes nationales sont valables dans leurs pays respectifs.
Imprimé en Suisse
Ce document est également éditk en anglais et en russe. II peut être obtenu auprh des organisations
nationales de normalisation.
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HISTORIQUE
La Recommandation ISO/R 680, Analyse chimique des ciments. Eléments principaux du
ciment Portland, a été élaborée par le Comité Technique ISO/TC 74, Liants hydrauliques, dont le Se-
crétariat est assuré par l’Institut Belge de Normalisation (IBN).
Les travaux relatifs à cette question furent entrepris par le Comité Technique en 1958 et abou-
tirent, en 1963, à l’adoption d’un Projet de Recommandation ISO.
En février 1965, ce Projet de Recommandation IS0 (No 773) fut soumis al’enquête de tous les
Comités Membres de I’ISO. I1 fut approuvé, sous réserve de quelques modifications d’ordre rédaction-
nel, par les Comités Membres suivants :
Allemagne Inde Portugal
Argentine Irlande
R.A.U.
Australie Israël
Roumanie
Autriche Italie Royaume-Uni
Belgique Japon Suède
Corée, Rép.
de Norvège Tchécoslovaquie
Danemark Nouvelle-Zélande
Turquie
France Pays-Bas
U.R.S.S.
Hongrie Pologne
Yougoslavie
Un Comité Membre se déclara opposé à l’approbation du Projet :
U.S.A.
Le Projet de Recommandation IS0 fut alors soumis par correspondance au Conseil de 1’ISO qui
décida, en mars 1968, de l’accepter comme RECOMMANDATION ISO.
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ISO/R 680-1%8 (F)
Recommandation IS0 R 680 Mars 1968
ANALYSE CHIMIQUE DES CIMENTS
ÉLÉMENTS PRINCIPAUX DU CIMENT PORTLAND
1. INDICATIONS CÉNÉRALES
1.1 Réactifs
Tous les réactifs utilisés doivent être de la qualité “pour analyse”.
1.2 Papier-fil tre
Les papier-filtres utilisés doivent être exempts de cendres. Les papier-filtres à texture très serrée
sont ditsfins, les papier-filtres à texture moyenne sont dits moyens et les papier-filtres à texture
peu serrée sont dits lâches.
1.3 Essai à blanc
L’essai à blanc est recommandé dans tous les cas, le mieux étant de le réaliser quand cela est
à ana-
possible avec une substance dont la composition se rapproche de celle de l’échantillon
lyser mais ne renfermant pas l’élément à doser, sinon effectuer toutes les opérations décrites
sans introduire l’échantillon.
2. DÉTERMINATION DE PERTE AU FEU 4
?/t,vc,rk- I
2.1 Mode opératoire
Introduire 1 g de l’échantillon dans un creuset en platine d’une capacité de 20 à 25 ml taré et
couvert. Chauffer le creuset et son contenu jusqu’à masse constante dans un four à moufle à
une température de 925 k 25 “C. Le chauffage initial sera d’une durée de 15 min, toutes les
7
périodes suivantes auront une durée de 5
2.2 Expression du résultat
près.
Calculer le pourcentage de perte au feu à 0,l
NOTE. - Si l’on opère à une température différente il convient de la mentionner sur le procès-verbal d’essai. pp,U(
3. D~TERMINATION DU RÉSIDU INSOLUBLE Es jJc 71 i
3.1 Mode opératoire
A 1 g d’échantillon, ajouter 10 ml d’eau froide et pendant que l’on agite vigoureusement le
mélange, ajouter 5 ml d’acide chlorhydrique (d = 1,19).
Si nécessaire, chauffer la solution doucement et écraser l’échantillon avec l’extrémité aplatie
d’un agitateur en verre pendant quelques minutes jusqu’à ce que la décomposition du ciment
apparaisse tout à fait complète.
Diluer la solution jusqu’à 50ml et laisser digérer pendant 15 m&à une température juste en
dessous de la température d’ébullition. Filtrer le résidu sur papier-filtre moyen, laver six fois à
l’eau chaude. Disposer le papier-filtre et son contenu dans le vase où s’est effectuée l’attaque.
Ajouter 100 ml d’hydroxyde de sodium (10 g/l) et maintenir la solution à une température
juste en dessous de la température d’ébullition pendant 15 min. Acidifier la solution avec de
l’acide chlorhydrique en présence de rouge de méthyle comme indicateur, et ajouter un excès
équivalent à quatre ou cinq gouttes d’acide chlorhydrique. Filtrer sur papier-filtre moyen et
laver le résidu douze à quinze fois avec une solution chaude de nitrate d’ammonium (20 g/l).
Calciner le résidu dans un creuset taré à une température comprise entre 900 et 1000 “C jus-
qu’à masse constante.
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3.2 Expression des résultats
Calculer le pourcentage de résidu insoluble à 0,Ol près en multipliant l’augmentation de masse
en grammes par 100. Si nécessaire, faire une détermination à blanc suivant le même processus et
en utilisant les mêmes réactifs et corriger en conséquence les résultats analytiques obtenus. Le
résultat du résidu insoluble figurera séparément sur le procès-verbal d’essai et ne sera en aucun
cas déduit de la silice totale.
4. DOSAGE DE LA SILICE TOTALE (Siû,) (MÉTHODE MACZKOWSKI)
4.1 Principe
Décomposition des silicates solubles par l’acide chlorhydrique en présence de chlorure d’ammo-
nium qui détruit le gel de silice qui se forme, ce qui permet une insolubilisation rapide et quan-
titative des acides siliciques par simple chauffage de 30 min au bain-marie.
-
Ensuite filtration, calcination et pesée de la silice. Détermination finale de la proportion de
silice par volatilisation de cette dernière sous forme de tétrafluorure de silicium en présence
3
d’acide sulfurique.
,f
4.2 Causes d’erreurs
Cette méthode d’insolubilisation abrégée ne donne de résultats exacts que si les conditions du
mode opératoire indiquées plus bas sont exactement observées.
Le résidu de purification de la silice par l’acide fluorhydrique doit être porté au moins à 1150
1200 OC sinon les traces d’oxydes totaux R,O, entraînées peuvent retenir une quantité notable
d’anhydride sulfurique d‘où une erreur par défaut sur la silice.
4.3 Mode opératoire
Peser avec précision 1 g de l’échantillon et 1 g de chlorure d’ammonium. Mélanger le tout soi-
gneusement dans une capsule en verre de 250 ml et répartir la matitire régulièrement dans le
fond de la capsule.
Recouvrir celle-ci d’un verre de montre et introduire lentement, à l’aide d’une pipette graduée,
10 ml d’acide chlorhydrique concentré (d = 1,19) le long de la paroi de la capsule. Après la fin
de la réaction, remuer la masse à l’aide d’une baguette de verre pour désagréger les grumeaux
qui se sont formés.
Placer la capsule munie de son couvercle au bain-marie durant 30 min. La température ne doit
pas dépasser 1 O0 OC.
Durant ce temps, remuer fréquemment le contenu de la capsule à l’aide de la baguette de verre
pour éviter la formation de grumeaux.
Diluer le résidu sirupeux se trouvant au fond de la capsule avec environ 50 ml d’eau distillée
chaude et le verser sur un papier-filtre lâche de 11 cm de diamètre. Laver le précipité tout
et ensuite avec de l’eau
d’abord deux fois avec une solution chaude d’acide chlorhydrique à 5
distillée chaude jusqu’à disparition de la réaction de l’ion chlorure (au moyen du nitrate
d’argent).
Introduire le précipité avec son papier-filtre dans un creuset de platine taré. Recouvrir le creuset
de son couvercle et chauffer lentement pour calciner le papier-filtre sans flamnie afin qu’aucun
entraînement de silice ne puisse se produire. Ensuite, calciner durant 45 min de 1150 i
1200 ”C au four électrique. Refroidir dans le dessiccateur jusqu’à la tempézure ambiante
(1 5 min-environ) et peser.
Fe,O, etc.).
On obtient ainsi la silice totale, souillée d’impuretés. notamment d’oxydes (A1,0,.
~ j4.4 Purification de la silice
Humecter le contenu du creuset avec quelques gouttes d’eau et verser par dessus 5 ml d’acide
fluorhydrique concentré pur et trois à quatre gouttes d’acide sulfurique concentré.
Evaporer le contenu du creuset sur un bain de sable ou tout autre évaporateur approprié, calci-
ner durant 5 min à une température de 1150 à 1200 OC, refroidir dans le dessiccateur et peser.
On obtient ainsi les traces d’oxydes entraînées par la silice; soustraire cette -.____I masse - de lapre-.
pesée pour avoir la silice pure; multiplier résultat ainsTob-Senu par 100 et l’exprimer à 0.1 O&
-
res.
hP
n3
-4-
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ISO/R 680-1%8 (F)
NOTES
1. Pour éviter que les vapeurs d’acide fluosilicique ne se répandent, il est recommandé de recouvrir
le bain de sable d’un entonnoir de plomb renversé, prolongé par une conduite du même metal et
d’aspirer les gaz en dehors au moyen d’un injecteur à eau.
2. Le résidu de la silice doit être remis en solution pour le dosage précis du dioxyde de titane (voir
ISO/R 68 1, Analyse chimique des ciments. Eléments mineurs du ciment
Recommandation
Portland.
est à prendre en considération, la séparation complete peut
3. Dans les cas où une erreur de 0,l
être vérifiée parcolorimétrie sur une partie aliquote du filtrat du précipité de silice.
4. Le résultat du résidu insoluble ne sera en aucun cas déduit de la silice totale.
5. DOSAGE DES OXYDES TOTAUX (RzOs)
(oxydes d’aluminium, de fer, de titane, de vanadium
de chrome et anhydride phosphorique)
5.1 Principe
Précipitation globale des hydroxydes par l’ammoniaque en présence de sels ammoniacaux et
pesée de la somme des oxydes après calcination.
\
5.2 Points particdiers
a) Présence de sels ammoniacaux
Ces sels permettent une neutralisation plus commode et floqulent les colloïdes. Ils diminuent
aussi l’absorption d’autres éléments et empêchent la précipitation d’hydroxydes de magné-
sium et de calcium par formation de sels complexes. Ils empêchent l’entraînement de
chlorure de sodium et d’anhydride sulfurique.
b) Présence de Ti4+, de PO, ’-, de V5+ et de er3+.
Ces ions précipitent en même temps que l’hydroxyde d’aluminium et si leur présenceest
reconnue en quantité appréciable, il y a lieu d’en effectuer le dosage séparément et d’en tenir
compte pour le calcul de l’oxyde d’aluminium par différence (voir chapitre 9).
c) Présence d anhydride carbonique dans la soh tiori d ammoniaque
Cette carbonatation provoque un entraînement partiel de la chaux.
5.3 Mode Opératoire
Ajouter au filtrat de la silice environ 5 ml d’eau de brome (doubler ce volume en présence de
fortes teneurs en manganèse); on peut égalernent utiliser comme moyen d’oxydation de l’eau
oxygénée à 3 au lieu de l’eau de brome. Evaporer jusqu’à disparition du brome libre et de
manière a obtenir un volume de 150 ml environ. Ajouter ensuite deux a trois gouttes de rouge
de méthyle et 1 g environ de nitrate d’ammonium et précipiter les hydroxydes par addition
a goutte d’ammoniaque diluée a 10 exempte d’acide carbonique. jusqu’à coloration
goutte
en jaune de la solution. Agiter fortement durant la précipitation. Recouvrir ensuite le bécher
d’un verre de montre et laisser déposer le précipité durant quelques minutes. Verser la solution
sur un papier-filtre moyen de 11 cm de diamètre, rincé au préalable avec une solution diluée de
nitrate d’ammonium *; ajouter au précip
...
Questions, Comments and Discussion
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