關(guān)于測(cè)定混凝土中氯離子測(cè)定幾種方法的探討

倪孟海

摘? ? 要：目前工程材料和工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)針對(duì)混凝土中氯離子的測(cè)定方法較多，牽涉的標(biāo)準(zhǔn)也比較多，如有：GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、JTJ 270—1998《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、GB/T 50344—2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50784—2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ/T3 22—2013《混凝土中氯離子含量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》、GBT 9725—2007《化學(xué)試劑 電位滴定法通則》，GB 50164—2011針對(duì)氯離子的抽檢頻次做了規(guī)定，即同工程，同配合比混凝土的氯離子應(yīng)至少檢驗(yàn)1次。

關(guān)鍵詞：測(cè)定;混凝土;氯離子

GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中表3.5.3中規(guī)定了不同環(huán)境，不同水灰比，不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中的氯離子含量允許達(dá)到的上限值;GB/T 50344—2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》附錄C中有測(cè)定氯離子試驗(yàn)的獨(dú)立方法，工作原理是運(yùn)用二級(jí)微商法去標(biāo)定滴定液硝酸銀溶液和待測(cè)液的氯離子濃度;JGJ/T 322—2013《混凝土中氯離子含量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》是專門介紹混凝土中氯離子的測(cè)定方法，它包含的內(nèi)容比較全面，既有拌合物中氯離子的測(cè)定方法，也有硬化混凝土中水溶性氯離子和硬化混凝土酸溶性氯離子的測(cè)定方法;JTJ 270—1998《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》是測(cè)定混凝土拌合物中氯離子的一種有效與快捷的方法，他的工作原理是電位法測(cè)定不同的氯離子濃度對(duì)應(yīng)不同的電位值，從而形成一段較短的電位值與氯離子濃度對(duì)數(shù)的線性方程，他的優(yōu)勢(shì)是不限于溶液試樣，可以是膠質(zhì)或者漿體物質(zhì)的測(cè)定，但是他有局限性，就是能準(zhǔn)確測(cè)得的濃度范圍比較小，超出范圍就不準(zhǔn)確;GBT 9725—2007《化學(xué)試劑 電位滴定法通則》在整個(gè)氯離子的測(cè)定過程中是本很好的根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在以上幾個(gè)試驗(yàn)中基本上都有運(yùn)用到GBT 9725—2007。

這里我們要講述的問題是針對(duì)硬化混凝土中的氯離子的檢測(cè)，無論是水溶性氯離子還是酸溶性氯離子，在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50344—2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ/T 322—2013《混凝土中氯離子含量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》在標(biāo)準(zhǔn)中都要求對(duì)試樣進(jìn)行處理，即要求先對(duì)硬化混凝土進(jìn)行粉碎，將碾碎到一定細(xì)小的粉末進(jìn)行篩慮，用通過篩的粉末進(jìn)行試驗(yàn)，只是GB/T 50344—2004中規(guī)定的篩網(wǎng)規(guī)格是0.08mm，JGJ/T 322—2013中規(guī)定的篩網(wǎng)規(guī)格是0.16mm.暫時(shí)我們認(rèn)為他們碾的足夠細(xì)，按GB/T 50344—2004中規(guī)定的篩網(wǎng)規(guī)格是0.08mm進(jìn)行討論。

首先我們做個(gè)譬如，假設(shè)一個(gè)條件，每立方混凝土水泥用量300kg，混凝土表觀密度為2400kg，取標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定鋼筋混凝土干燥環(huán)境中Cl—含量應(yīng)小于0.3%（水泥質(zhì)量百分比），就當(dāng)Cl—含量為0.3%，根據(jù)以上信息可以得出一立方混凝土中Cl—質(zhì)量為0.9kg，也就是900g，相當(dāng)于25.35mol（氯離子的分子量是35.5g/mol）的物質(zhì)的量，也就是說曾經(jīng)拌合物中可溶性Cl—在1立方混凝土中存在著約152.607×1023個(gè)（阿伏伽德羅常數(shù)為6.02×1023），假設(shè)氯離子在整個(gè)1立方的混凝土中均勻分布，1立方的混凝土的尺寸是1m×1m×1m，這樣也可以推算每個(gè)Cl—之間分布距離為：

每1m的氯離子個(gè)數(shù)=[15260.7×10213]= 24.80×107個(gè)

兩個(gè)氯離子之間的分布距離=1/24.80×107=4.032×10—9m

即：4.036×10—3μm

所以Cl—之間的分布距離約為4×10—3μm

現(xiàn)按檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T50344附錄C中使用碾壓過顆粒粒徑為80μm的混凝土粉末，與4×10—3μm的Cl—間距比較，假設(shè)在水分子（或酸溶液）作用下，粒徑為80μm的混凝土粉末粒徑可以再細(xì)化為原來的1/10（注意粒徑為原來的1/10，體積就是原來的1/1000），此時(shí)的粒徑為8μm，顆粒的粒徑與離子之間的分布距離比值為2000，假設(shè)混凝土顆粒為一球體，當(dāng)Cl—分布距離為a時(shí)，那么混凝土顆粒的半徑為1000a，我們?cè)囼?yàn)所測(cè)得Cl—是這個(gè)半徑為1000a間距為a的球體表面的離子數(shù)量（姑且當(dāng)表面均勻布置著Cl—并可溶于溶液），他實(shí)際所含的離子量是充滿整個(gè)球體內(nèi)間距為a均勻分布的數(shù)量，現(xiàn)計(jì)算下顆粒表面與內(nèi)部可以布置氯離子的數(shù)量及他們之間的差異：

表面可以附著的Cl—數(shù)量，設(shè)Cl—分布距離為a，而顆粒直徑為2000a，半徑為1000a，表面積=4[π]（1000a）2=4000000[π]a2，則表面可以布置Cl—的數(shù)量約為35402=12531600個(gè);

而球體內(nèi)部充實(shí)著的Cl—量，體積=4/3×[π]（1000a）3，同樣Cl—的分布間距也是a，則Cl—數(shù)量約為16103=4173281000個(gè)。

4173281000÷12531600=333，所測(cè)的氯離子數(shù)量其實(shí)僅為實(shí)際數(shù)量的1/333，千分之三左右，如果水分子（酸溶液）沒有細(xì)化作用或者說不能夠?qū)?0μm混凝土粉末細(xì)化成體積成為原來的1/1000的話，如果細(xì)化后的體積表面沒有均勻分布著Cl—，那么我們的試驗(yàn)值比真實(shí)值千分之三還要小的多，由此得出我們的檢測(cè)結(jié)果比實(shí)際的數(shù)據(jù)要小很多，根本不能體現(xiàn)氯離子的真實(shí)濃度，連作為參考值都不夠。所以不論是GB/T50344—2004還是JGJ/T322—2013標(biāo)準(zhǔn)中，用碾壓的方式提取較細(xì)的粉末的做法本人不是很認(rèn)同，因?yàn)槿藶榈募?xì)化與離子、分子之間的距離是根本無法比擬的。而且通過以上模型的分析，的確存在較大的差異。

從另外一方面考慮，在已硬化的混凝土測(cè)定氯離子比率僅存鑒定或維護(hù)的意義了，無法做到工程質(zhì)量的事先控制、減少損失的工程建設(shè)理念。個(gè)人認(rèn)為現(xiàn)有對(duì)已經(jīng)澆筑硬化反應(yīng)過的混凝土氯離子含量檢測(cè)的方法不準(zhǔn)確，同時(shí)這種做法也不合理，不如著重控制拌合物中的氯離子含量，拌合物中氯離子的含量檢測(cè)的準(zhǔn)確度高，也可以起事先預(yù)防與控制作用。

以上便是對(duì)已硬化混凝土中氯離子氯離子濃度檢測(cè)的個(gè)人意見，對(duì)不同的方法的優(yōu)劣也做了些粗略的歸納，①對(duì)滴定法的個(gè)人看法，我認(rèn)為滴定法是一種主觀性很強(qiáng)有局限性的試驗(yàn)方法，它僅適合于氯離子濃度低的溶液檢測(cè)，且不適合懸狀或絮狀的漿體，為什么說濃度低適合，因?yàn)楫?dāng)濃度高時(shí)，所用的滴定液體（AgNO3溶液）體積也將增大，導(dǎo)致滴定結(jié)束后總體的液體量增加，液體的顏色在數(shù)量（或液體深度）增加的狀態(tài)下，視覺上看起來顏色變深（濃），就是說相同顏色的液體，在其中某一瓶數(shù)量增加后，他的顏色變濃，較空白試驗(yàn)的顏色，我們根本無法比較;同時(shí)氯化銀的絮狀沉淀會(huì)影響對(duì)色度的判定（如反光和吸光現(xiàn)象）;再則滴定方法（即在溶液一開始變紅的時(shí)候，立即停止滴定），但是無法根除主觀因素對(duì)顏色辨識(shí)度的判定，當(dāng)未知氯離子濃度高的溶液的滴定過程，我們知道在用AgNO3滴定的時(shí)候，首先與AgNO3接觸的局部被滴定溶液均是先變紅，在搖動(dòng)被測(cè)溶液后，紅色消失，整個(gè)過程是變滴定變變色的過程，用人為判定確實(shí)存在難度。②電位法的個(gè)人看法，電位法應(yīng)該是二級(jí)微商法的延伸，他的工作原理是在同一狀態(tài)下測(cè)定不同的氯離子濃度對(duì)應(yīng)不同的電位值，從而形成一段較短的電位值與氯離子濃度對(duì)數(shù)的線性方程，該可以摒除人為主觀的因素，全部通過數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，的確可以避免因人而已的結(jié)果存在，但是他的測(cè)量范圍狹小，僅限氯離子濃度為5×10—5～1×10—2mol/L之間段;③滴定電極結(jié)合法，該方法基本上克服了以上兩種情況的弊端，能夠方便準(zhǔn)確的測(cè)定溶液中氯離子濃度，但是市場(chǎng)上類似這樣的設(shè)備價(jià)格貴，同時(shí)這種方法對(duì)測(cè)定漿狀或絮狀的溶液還是有難度的。

綜上所述，各個(gè)方法均有它的優(yōu)劣，根據(jù)數(shù)據(jù)精度和技術(shù)要求可以選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行操作，不過部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法個(gè)人覺得還需要改進(jìn)，從技術(shù)層面、檢測(cè)切入點(diǎn)、工程理念等各個(gè)方面綜合考慮，才能把工程的質(zhì)量提升較高的水準(zhǔn)。