混凝土拌合物中氯離子檢測方法的探討與改進(jìn)

廖石房（廣東省建筑材料研究院）

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混凝土拌合物中氯離子檢測方法的探討與改進(jìn)

廖石房
（廣東省建筑材料研究院）

【摘要】本文闡述了氯離子對混凝土結(jié)構(gòu)破壞和耐久性的影響，通過對混凝土拌合物氯離子現(xiàn)場檢測方法的探討與研究，改進(jìn)和簡化其檢測方法，提高檢測效率和現(xiàn)場檢測的可操作性。

【關(guān)鍵詞】混凝土；混凝土拌合物；氯離子；腐蝕；氯離子快速測定儀；現(xiàn)場檢測

1　引言

混凝土是由膠凝材料、顆粒狀集料（如砂石）、水以及功能性的外加劑和摻合料按一定比例配制，經(jīng)充分均勻攪拌、養(yǎng)護(hù)硬化而成，是當(dāng)今建筑的主要材料之一。混凝土具有優(yōu)良的施工性能、抗壓強(qiáng)度高、耐久性好、用途多樣等特點(diǎn)，并且原材料豐富，價(jià)格低廉，生產(chǎn)工藝簡單，使其用量越來越大。構(gòu)成混凝土的原材料來源廣泛，容易帶入氯離子。氯離子一旦被引入混凝土中，由于其半徑小、活性大，很容易穿過混凝土中鋼筋鈍化膜，與混凝土中的鋼筋發(fā)生復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，對鋼筋造成腐蝕，致使其體積膨脹而引起混凝土結(jié)構(gòu)破壞以及耐久性的降低，嚴(yán)重影響建筑的質(zhì)量安全。科學(xué)準(zhǔn)確地檢測混凝土中氯離子含量，有效控制混凝土中氯離子含量，提高建筑的安全性、耐久性，已經(jīng)成為當(dāng)下重要的議題。

圖1　氯離子對混凝土結(jié)構(gòu)破壞

2　社會(huì)背景

近年來，政府為了保護(hù)水土資源，限制開采河砂，河砂供應(yīng)緊張而價(jià)格上漲。廣東海砂豐富、價(jià)格低廉，因此很多混凝土攪拌站為了降低成本，使用低價(jià)的海砂或者珠江入?？冢ò氲胂趟┑暮由?。相比河砂，海砂的氯離子含量波動(dòng)很大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)的現(xiàn)象，這些砂用到混凝土當(dāng)中，會(huì)給混凝土工程帶來不可逆轉(zhuǎn)的破壞，造成嚴(yán)重的工程質(zhì)量安全問題，同時(shí)造成極大的浪費(fèi)，社會(huì)影響惡劣。

目前，質(zhì)監(jiān)部門對混凝土中氯離子含量的監(jiān)查主要有兩種方式：

一是對成型硬化后的混凝土試塊進(jìn)行氯離子的檢定。即使檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，該方式仍有許多不足和弊端。假如混凝土試塊的氯離子檢定結(jié)果不合格，但是該批混凝土已經(jīng)投入到使用，對于建筑物來說為時(shí)已晚。使用氯離子超標(biāo)的混凝土，所建的建筑物的耐久性和安全性必然下降，成為重大的安全隱患。該建筑物需要進(jìn)行抽芯復(fù)檢，必要時(shí)甚至打掉再建，這都將承受巨大的人力物力消耗和財(cái)產(chǎn)損失。

所以，相關(guān)部門為了避免人民財(cái)產(chǎn)的損失，出臺(tái)了相關(guān)文件，提出另外一種監(jiān)查方式，就是在施工現(xiàn)場直接對新拌的混凝土拌合物中氯離子含量進(jìn)行檢測。因?yàn)槭窃诨炷涟韬衔锇璩?、尚未硬化之前就進(jìn)行檢測，假如混凝土拌合物在氯離子超標(biāo)，可以及時(shí)阻止不合格的混凝土進(jìn)入施工現(xiàn)場，做到防患于未然，避免不必要的浪費(fèi)，大大降低了建筑物的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高社會(huì)效益，減少財(cái)產(chǎn)損失。

3　國內(nèi)現(xiàn)行方法的異同與討論

目前我國現(xiàn)行關(guān)于混凝土拌合物氯離子現(xiàn)場檢測試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)，一是JTJ 270-1998《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是最新修訂的JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提到的混凝土拌合物中的氯離子含量現(xiàn)場檢測方法相同之處都是使用氯離子快速測定儀，以氯離子選擇電極和飽和雙鹽橋甘汞電極為參比電極進(jìn)行試驗(yàn)，檢測出混凝土拌合物中砂漿的氯離子濃度，通過混凝土的配合比計(jì)算，換算成混凝土中水溶性氯離子含量占水泥質(zhì)量百分比來表示。但是，兩者也有較大差異。JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》比JTJ 270-1998《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》作了更詳細(xì)的規(guī)定和要求，同時(shí)也針對后者的不足做了改進(jìn)。

圖2　氯離子快速測定儀

JTJ 270-1998《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》方法如下：首先將混凝土拌合物攪拌均勻，取其中600g左右砂漿兩份放入燒杯，插入氯離子選擇電極和甘汞參比電極，測定其電位。根據(jù)測定的電位值，從E-lgC關(guān)系曲線推算砂漿的氯離子濃度?；炷涟韬衔锼苄月入x子含量占水泥質(zhì)量的百分比按式1計(jì)算：

式中：

Pc——混凝土拌合物水溶性氯離子占水泥質(zhì)量的百分比（%），精確到0.001%；

β——混凝土拌合物的水灰比；

3.545——氯離子的摩爾質(zhì)量換算系數(shù)（g/mol）。

JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》方法是先將混凝土拌合物攪拌均勻，稱取500g砂漿試樣兩份，放入燒杯中，并向每份試樣加入500g蒸餾水，獲得兩份懸浮液，充分搖勻后以快速定量濾紙過濾，獲得兩份濾液，每份濾液不少于100mL，將氯離子選擇電極和參比電極插入濾液中，經(jīng)2min后測定濾液的電位值。根據(jù)測定的電位值，分別從E-lgC關(guān)系曲線上推算砂漿的氯離子濃度，并應(yīng)將兩份濾液的氯離子濃度平均值作為濾液的氯離子濃度的測量結(jié)果。

每立方米混凝土拌合物中水溶性氯離子的質(zhì)量應(yīng)按式2計(jì)算：

式中：

mB——砂漿配合比中每立方米砂漿的膠凝材料用量（kg）；

mS——砂漿配合比中每立方米砂漿的砂用量（kg）；

mw——砂漿配合比中每立方米砂漿的用水量（kg）；

0.03545——氯離子的摩爾質(zhì)量換算系數(shù)（g/mol）。

混凝土拌合物中水溶性氯離子含量占水泥質(zhì)量的百分比應(yīng)按式3計(jì)算：

式中：

mC——混凝土拌合物配合比每立方米混凝土的水泥用量（kg）。

從以上可以看出，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法差異主要是在樣品的前處理不同和試驗(yàn)時(shí)電極的感應(yīng)樣品的狀態(tài)不同。JTJ 270-1998《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的測試方法是將電極直接插入到混凝土拌合物中測試，電極是在非液態(tài)的砂漿里面感應(yīng)電勢差。JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》是采用砂漿與蒸餾水以質(zhì)量比1：1充分混合后，取濾液進(jìn)行測試，電極是在液態(tài)環(huán)境中感應(yīng)電勢差。對比兩個(gè)方法，第二個(gè)方法更為科學(xué)合理。原因如下：第一，氯離子選擇電極和甘汞參比電極感應(yīng)膜與溶液接觸的良好程度直接關(guān)系到測量精度，而砂漿由于其非液態(tài)特性，有礙于氯離子在其中自由擴(kuò)散，使得電極敏感膜表面氯離子溶度因擴(kuò)散受限而偏差，直接插入混凝土中測量將難以保證其良好接觸；第二，砂漿中存在大量的顆粒狀，將氯離子選擇電極和甘汞參比電極直接插進(jìn)砂漿，將可能嚴(yán)重?fù)p害電極的感應(yīng)薄膜，縮短電極壽命；第三，以濾液作為測試對象能較好避免以上兩個(gè)問題，而且測試狀態(tài)與“電位-氯離子濃度”曲線標(biāo)定的狀態(tài)一致；第四，驗(yàn)證試驗(yàn)證明可操作性大大提高，測試誤差減少。

4　檢測方法的改進(jìn)

基于以上原因，JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》中混凝土拌合物中氯離子檢測方法更為科學(xué)合理，混凝土拌合物氯離子檢測更應(yīng)該使用此方法。但是，該方法操作較為復(fù)雜，需要用砂漿與蒸餾水以質(zhì)量比1：1充分混合后，再取濾液進(jìn)行測試，因此極大限制了該方法在現(xiàn)實(shí)中推廣使用。在簡陋的施工現(xiàn)場進(jìn)行過濾操作，操作難度較大，可操作性低。在實(shí)際的現(xiàn)場檢測中，在檢測結(jié)果準(zhǔn)確的前提，應(yīng)盡可能簡化實(shí)驗(yàn)操作，降低檢測工作的操作難度。如果減少過濾這一步驟，并且對結(jié)果沒有產(chǎn)生影響，那么該方法在實(shí)際應(yīng)用中更具現(xiàn)實(shí)意義。

下面以廣州不同工程10個(gè)不同配合比的混凝土拌合物為樣品，以JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》為檢測依據(jù)，檢測這批樣品的氯離子含量。

混凝土配合比如表1所示：

表1　混凝土配合比

用混凝土拌合物砂漿與蒸餾水以質(zhì)量比1：1充分混合后，分別取濾液和上層清液進(jìn)行試驗(yàn)，檢測其氯離子含量。得到的結(jié)果為稀釋后的濾液中水溶性氯離子濃度，代入式2，計(jì)算出每立方米混凝土拌合物中水溶性氯離子的質(zhì)量。因?yàn)榛炷涟韬衔镏兴苄月入x子含量占水泥質(zhì)量的百分比，所以將上式計(jì)算所得結(jié)果mCl-代入式3，分別計(jì)算得出10個(gè)不同配比的混凝土拌合物中水溶性氯離子含量占水泥質(zhì)量的百分比，數(shù)據(jù)如表2所示。

從數(shù)據(jù)可以看出，取濾液進(jìn)行試驗(yàn)與取上層清液進(jìn)行試驗(yàn)，檢測其氯離子含量所得到結(jié)果基本一致，誤差在允許范圍內(nèi)波動(dòng)。所以，按JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》的檢測方法在混凝土拌合物現(xiàn)場檢測中，砂漿與蒸餾水以質(zhì)量比1：1充分混合后，過濾這一步驟可以省略，直接靜止片刻，取上層清液進(jìn)行測試，所得結(jié)果與用濾液測試基本一致。取消過濾步驟，試驗(yàn)更加簡便，更加符合現(xiàn)場檢測結(jié)果準(zhǔn)確前提下，簡化試驗(yàn)的原則，提高檢測工作效率。

表2　混凝土拌合物中水溶性氯離子含量占水泥質(zhì)量的百分比

5　結(jié)語

混凝土以其優(yōu)良的施工性能、耐久性、堅(jiān)固性、用途的多樣性、原材料的豐富性，已成為現(xiàn)代建筑的首選材料。氯離子一旦被引入混凝土中，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋造成腐蝕，致使其體積膨脹引起混凝土結(jié)構(gòu)破壞和耐久性的降低，嚴(yán)重影響建筑的質(zhì)量安全。由于氯離子對鋼筋的腐蝕是不可逆的，因此混凝土中的氯離子被稱為建筑物的“癌癥”。

由于在混凝土新鮮拌出、尚未硬化之前就進(jìn)行檢測混凝土拌合物氯離子含量，可以及時(shí)阻止氯離子超標(biāo)的混凝土進(jìn)入施工現(xiàn)場，做到防患于未然，可以大大降低建筑物的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，減少人民財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，通過試驗(yàn)對比，在保證結(jié)果準(zhǔn)確前提下，可以減少JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)中過濾步驟，消除了不利于現(xiàn)場試驗(yàn)的因素，提高了試驗(yàn)可操作性，建立快捷簡便的混凝土拌合物氯離子含量的現(xiàn)場檢測方法，保障檢測工作順利進(jìn)行?！?/p>

【參考文獻(xiàn)】

［1］廣州市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)關(guān)于加強(qiáng)工程使用混凝土質(zhì)量管理的通知［Z］.2014.

［2］JTJ 270-1998，水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］JGJ/T 322-2013，混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB/T 14902-2012，預(yù)拌混凝土［S］.

［5］林曉森，李品龍.混凝土中氯離子檢測技術(shù)的探討［J］.廣東建材，2016，（02）：73-39.

［6］GB 50164-2011，混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)［S］.