賈福全

（吉林建筑工程學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)部，吉林長(zhǎng)春 130118）

水泥中氯離子的來(lái)源主要是原料、燃料、混合材料和外加劑[1]。氯離子在水泥生產(chǎn)中可以作為熟料煅燒的礦化劑，能夠降低燒成溫度，有利于節(jié)能高產(chǎn)；同時(shí)它也是有效的水泥早強(qiáng)劑，使水泥3天強(qiáng)度提高50%以上，而且可以降低混凝土中水的冰點(diǎn)溫度，防止混凝土早期受凍。但氯離子也是混凝土中鋼筋銹蝕的重要因素，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面開裂、脫落。所以，各國(guó)對(duì)水泥中的氯離子含量都作出了相應(yīng)規(guī)定。在我國(guó)水泥新標(biāo)準(zhǔn)中增加了“水泥生產(chǎn)中允許加入≤0.5%的助磨劑和水泥中的氯離子含量必須≤0.06%”的要求。

關(guān)于氯離子的測(cè)定方法很多，GB／T176-2008《水泥化學(xué)分析方法》標(biāo)準(zhǔn)中給出了兩種氯離子測(cè)定方法，即硫氰酸銨容量法(基準(zhǔn)法)和蒸餾分離-硝酸汞配位滴定法(代用法)。但這些化學(xué)分析方法采樣代表性差，且人為誤差較大。而NIPGA（中子感生瞬發(fā)伽馬射線分析）方法是利用熱中子俘獲反應(yīng)來(lái)來(lái)測(cè)量水泥中的氯離子含量，是大體積測(cè)量，測(cè)量精度高、速度快。本文以MCNP模擬計(jì)算為主，研究用NIPGA方法進(jìn)行快速檢測(cè)水泥中氯離子含量的可行性。

1 NIPGA方法檢測(cè)氯離子含量的原理

中子與氯的原子核作用時(shí)，會(huì)發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)，釋放出瞬發(fā)伽馬射線。氯的熱中子俘獲反應(yīng)的方程式為：

在定量計(jì)算中，單位體積樣品中氯含量（G）與其特征峰凈面積（ACl）間有以下關(guān)系[2-4]：

(2)式中的p，q為待測(cè)常數(shù)。可以測(cè)量出幾組標(biāo)準(zhǔn)樣品中氯的ACl和G(G是計(jì)量科學(xué)院的化驗(yàn)值)），通過(guò)線性回歸求出p，q的值，再把p，q代入（2）式，就可以利用（2）式測(cè)量并計(jì)算未知樣品中的氯含量。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置主要由D-D中子發(fā)生器、中子發(fā)生器控制臺(tái)、BGO探測(cè)器、BGO探測(cè)器恒溫控制器、2048道MCA、主放大器、水泥樣品箱和中子防護(hù)體等幾部分構(gòu)成。中子源選用的是東北師范大學(xué)輻射技術(shù)研究所生產(chǎn)的D-D中子發(fā)生器。多道分析器采用中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所生產(chǎn)的2048道MCA。伽馬射線探測(cè)器采用中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所生產(chǎn)的Φ76mm×76mmBGO探測(cè)器。為了降低BGO探測(cè)器因溫度變化而引起的誤差，BGO探測(cè)器的恒溫控制系統(tǒng)，使其溫度保持在-4.5℃～-5.5℃之間，有效抑制了由于BGO探測(cè)器工作環(huán)境的溫度變化而引起的峰位飄移。中子防護(hù)體是一個(gè)用7mm厚聚乙烯板焊接成的80cm×80cm×120cm長(zhǎng)方體水箱。實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)的原理圖

3 模擬檢測(cè)結(jié)果

為了模擬計(jì)算水泥中氯離子含量，假定水泥樣品中氯離子含量可從0.001%到2.0%，用MCNP程序模擬的結(jié)果如表1所示。

表1 檢測(cè)氯離子含量的模擬計(jì)算結(jié)果

表1中的“實(shí)際值”是指樣品中氯離子的實(shí)際含量；“測(cè)量值”是指模擬計(jì)算值，“偏差”是“測(cè)量值”與“實(shí)際值”的差。

4 結(jié)論

“水泥的元素分析方法”（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB／T176-2008標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定：氯離子含量小于0.10%時(shí)，測(cè)量值的絕對(duì)誤差不能高于0.002%；氯離子含量在0.10%～1.0%時(shí)，測(cè)量值的絕對(duì)誤差不能高于0.020%。由表1中的模擬計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，氯離子含量測(cè)量值的絕對(duì)誤差都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。用NIPGA方法快速檢測(cè)水泥中氯離子含量是可行的。

[1]陳艷麗,姜大偉,賈子濤,等.淺談水泥中氯離子含量測(cè)定方法的操作要點(diǎn)[J].遼寧建材,2009(12):48-49.

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