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

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構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，經充分均勻攪拌、養(yǎng)護硬化而成，是當今建筑的主要材料之一?；炷辆哂袃?yōu)良的施工性能、抗壓強度高、耐久性好、用途多樣等特點，并且原材料豐富，價格低廉，生產工藝簡單，使其用量越來越大。構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)生復雜的電化學反應，對鋼筋造成腐蝕，致使其體積膨脹而引起混凝土結構破壞以及耐久性的降低，嚴重影響建筑的質量安全。科學準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，已經成為當下重要的議題。

圖1　氯離子對混凝土結構破壞

2　社會背景

近年來，政府為了保護水土資源，限制開采河砂，河砂供應緊張而價格上漲。廣東海砂豐富、價格低廉，因此很多混凝土攪拌站為了降低成本，使用低價的海砂或者珠江入?？冢ò氲胂趟┑暮由?。相比河砂，海砂的氯離子含量波動很大，經常會出現(xiàn)超標的現(xiàn)象，這些砂用到混凝土當中，會給混凝土工程帶來不可逆轉的破壞，造成嚴重的工程質量安全問題，同時造成極大的浪費，社會影響惡劣。

目前，質監(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行氯離子的檢定。即使檢測數據準確，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果不合格，但是該批混凝土已經投入到使用，對于建筑物來說為時已晚。使用氯離子超標的混凝土，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。該建筑物需要進行抽芯復檢，必要時甚至打掉再建，這都將承受巨大的人力物力消耗和財產損失。

所以，相關部門為了避免人民財產的損失，出臺了相關文件，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行檢測。因為是在混凝土拌合物拌出、尚未硬化之前就進行檢測，假如混凝土拌合物在氯離子超標，可以及時阻止不合格的混凝土進入施工現(xiàn)場，做到防患于未然，避免不必要的浪費，大大降低了建筑物的質量風險，提高社會效益，減少財產損失。

3　國內現(xiàn)行方法的異同與討論

目前我國現(xiàn)行關于混凝土拌合物氯離子現(xiàn)場檢測試驗方法的標準主要有兩個，一是JTJ 270-1998《水運工程混凝土試驗規(guī)程》，另外一個標準是最新修訂的JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術規(guī)程》。兩個標準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行試驗，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算，換算成混凝土中水溶性氯離子含量占水泥質量百分比來表示。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規(guī)程》比JTJ 270-1998《水運工程混凝土試驗規(guī)程》作了更詳細的規(guī)定和要求，同時也針對后者的不足做了改進。

圖2　氯離子快速測定儀

JTJ 270-1998《水運工程混凝土試驗規(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。根據測定的電位值，從E-lgC關系曲線推算砂漿的氯離子濃度?；炷涟韬衔锼苄月入x子含量占水泥質量的百分比按式1計算：

式中：

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

β——混凝土拌合物的水灰比；

3.545——氯離子的摩爾質量換算系數（g/mol）。

JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術規(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2min后測定濾液的電位值。根據測定的電位值，分別從E-lgC關系曲線上推算砂漿的氯離子濃度，并應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果。

每立方米混凝土拌合物中水溶性氯離子的質量應按式2計算：

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——氯離子的摩爾質量換算系數（g/mol）。

混凝土拌合物中水溶性氯離子含量占水泥質量的百分比應按式3計算：

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，兩個標準的試驗方法差異主要是在樣品的前處理不同和試驗時電極的感應樣品的狀態(tài)不同。JTJ 270-1998《水運工程混凝土試驗規(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)的砂漿里面感應電勢差。JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術規(guī)程》是采用砂漿與蒸餾水以質量比1：1充分混合后，取濾液進行測試，電極是在液態(tài)環(huán)境中感應電勢差。對比兩個方法，第二個方法更為科學合理。原因如下：第一，氯離子選擇電極和甘汞參比電極感應膜與溶液接觸的良好程度直接關系到測量精度，而砂漿由于其非液態(tài)特性，有礙于氯離子在其中自由擴散，使得電極敏感膜表面氯離子溶度因擴散受限而偏差，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砂漿，將可能嚴重損害電極的感應薄膜，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問題，而且測試狀態(tài)與“電位-氯離子濃度”曲線標定的狀態(tài)一致；第四，驗證試驗證明可操作性大大提高，測試誤差減少。

4　檢測方法的改進

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

下面以廣州不同工程10個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規(guī)程》為檢測依據，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量比1：1充分混合后，分別取濾液和上層清液進行試驗，檢測其氯離子含量。得到的結果為稀釋后的濾液中水溶性氯離子濃度，代入式2，計算出每立方米混凝土拌合物中水溶性氯離子的質量。因為混凝土拌合物中水溶性氯離子含量占水泥質量的百分比，所以將上式計算所得結果mCl-代入式3，分別計算得出10個不同配比的混凝土拌合物中水溶性氯離子含量占水泥質量的百分比，數據如表2所示。

從數據可以看出，取濾液進行試驗與取上層清液進行試驗，檢測其氯離子含量所得到結果基本一致，誤差在允許范圍內波動。所以，按JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術規(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，取上層清液進行測試，所得結果與用濾液測試基本一致。取消過濾步驟，試驗更加簡便，更加符合現(xiàn)場檢測結果準確前提下，簡化試驗的原則，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量的百分比

5　結語

混凝土以其優(yōu)良的施工性能、耐久性、堅固性、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，對混凝土結構中的鋼筋造成腐蝕，致使其體積膨脹引起混凝土結構破壞和耐久性的降低，嚴重影響建筑的質量安全。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、尚未硬化之前就進行檢測混凝土拌合物氯離子含量，可以及時阻止氯離子超標的混凝土進入施工現(xiàn)場，做到防患于未然，可以大大降低建筑物的質量風險，減少人民財產損失。同時，通過試驗對比，在保證結果準確前提下，可以減少JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術規(guī)程》標準中過濾步驟，消除了不利于現(xiàn)場試驗的因素，提高了試驗可操作性，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行?！?/p>

【參考文獻】

［1］廣州市城鄉(xiāng)建設委員會關于加強工程使用混凝土質量管理的通知［Z］.2014.

［2］JTJ 270-1998，水運工程混凝土試驗規(guī)程［S］.

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

［4］GB/T 14902-2012，預拌混凝土［S］.

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

［6］GB 50164-2011，混凝土質量控制標準［S］.