火焰光度法檢測混凝土堿含量影響因素研究

（鎮(zhèn)江新區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量中心試驗室，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 前言

混凝土骨料中一些活性礦物（活性氧化硅、活性氧化鋁等）與硬化混凝土孔隙中的堿溶液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿－硅酸凝膠、堿－碳酸凝膠。這些反應(yīng)產(chǎn)物吸水產(chǎn)生膨脹壓力，使混凝土發(fā)生開裂、強度降低，嚴(yán)重時會導(dǎo)致混凝土破壞。為避免產(chǎn)生這種堿骨料反應(yīng)，混凝土中的堿含量受到了嚴(yán)格限制。例如：GB/T50476-2019《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定對骨料有活性且處于相對濕度不低于75%環(huán)境條件下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土堿含量不超過3kg/m3。因此，準(zhǔn)確檢測出混凝土堿含量顯得十分重要。本文對火焰光度法檢測混凝土堿含量過程中的影響因素進(jìn)行了研究，為同行提供參考。

1 混凝土堿含量檢測

1.1 主要設(shè)備及試劑材料

AP1200 型火焰光度計；振蕩器；低溫電加熱板；1000ml、500ml、100ml容量瓶；氯化鉀、氯化鈉基準(zhǔn)試劑；分析純氫氟酸、鹽酸、硫酸、氨水、碳酸銨、甲基紅；從四個不同構(gòu)件取出的直徑和高度均為100mm 芯樣，每組3個，共4 組。

1.2 試樣制備

首先將混凝土試件破碎，剔除石子。之后將試樣縮分至100g，研磨至全部通過0.08mm 篩，并用磁鐵吸出試樣中的金屬鐵屑。最后將試樣置于105℃～110℃烘箱中烘干2h，取出放入干燥器中冷卻至室溫備用。

1.3 試驗過程

稱取0.2g 試樣（m29），精確至0.0001g，置于鉑皿(或聚四氟乙烯器皿)中（本實驗采用聚四氟乙烯器皿），加入少量的水潤濕，加入 5ml～7ml 氫氟酸和15～20 滴硫酸(1+1)，放入通風(fēng)櫥內(nèi)的電熱板上低溫加熱，近干時搖動鉑皿以防濺失，待氫氟酸驅(qū)盡后逐漸升高溫度，繼續(xù)加熱至三氧化硫白煙冒盡，取下冷卻。加入40ml～50ml 熱水，用膠頭擦棒壓碎殘渣使其分散，加1 滴甲基紅指示劑溶液，用氨水(1+1)中和至黃色，再加入10ml 碳酸銨溶液，攪拌，然后放入通風(fēng)櫥內(nèi)電熱板上加熱至沸并持續(xù)微沸20min～30min。用快速濾紙過濾，以熱水充分洗滌，用膠頭擦棒擦洗鉑皿，濾液及洗液收集于100ml 容量瓶中，冷卻至室溫。用鹽酸(1+1)中和至溶液呈微紅色，用水稀釋至刻度，搖勻。在火焰光度計上，按儀器使用規(guī)程在工作曲線上分別求出氧化鉀和氧化鈉的含量（m30和m31）?；炷林锌扇苄詨A含量按照GB/T50784 標(biāo)準(zhǔn)制樣完成后直接測試。

由于篇幅所限，試劑的配制和工作曲線的繪制請參照GB/T176-2017，制樣過程和結(jié)果的計算請參照GB/T50784-2013。

1.4 檢測數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

筆者在長期的檢測工作中，發(fā)現(xiàn)使用火焰光度計檢測混凝土堿含量時，火焰的大小、被檢測樣品堿濃度以及各種試劑帶入的堿性物質(zhì)都會對檢測結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。本文針對以上三個影響因素進(jìn)行研究。

圖1 稍小火焰（燃?xì)忾y刻度為1.0）

圖2 中等火焰（燃?xì)忾y刻度為1.5）

圖3 稍大火焰（燃?xì)忾y刻度為1.7）

為研究不同大小火焰（圖1、圖2、圖3）對測試結(jié)果的影響，試驗采用氯化鉀和氯化鈉基準(zhǔn)試劑配制一系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測試結(jié)果見表1。

表1 采用不同大小火焰堿含量測試結(jié)果

由表1數(shù)據(jù)可以分析得出當(dāng)被測溶液中的堿含量（即氧化鉀和氧化鈉當(dāng)量，以下統(tǒng)稱為堿含量）在較低的范圍內(nèi)（一般為10μg/ml 以下），應(yīng)采用圖1和圖2所示的在一定范圍內(nèi)（即儀器說明書所述范圍）稍小的火焰檢測。濃度在10μg/ml 和30μg/ml 之間時采用圖2至圖3所示火焰大小檢測較為合適。而隨著被測溶液中堿含量濃度超過30μg/ml，試驗對火焰大小的控制要求有明顯提高，火焰大小直接會對測試結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，這時宜采用稍大的火焰來檢測。一般來講，隨著被測溶液濃度增加，火焰要隨之適當(dāng)調(diào)大才能獲得更為準(zhǔn)確的測試結(jié)果。試驗所用三種大小的火焰適宜檢測的濃度范圍為表1所示的陰影部分。需要特別注意的是，火焰光度計面板上有一個校準(zhǔn)鍵，該鍵是在火焰大小不變的情況下實施校準(zhǔn)的。一旦調(diào)整火焰就必須待儀器穩(wěn)定后重新制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，否則數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，因篇幅所限，此處就不再列舉數(shù)據(jù)論述。

為研究被檢測樣品堿濃度對測試結(jié)果的影響，本試驗采用四個不同的混凝土構(gòu)件上取的4 組芯樣，按GB/T50784 標(biāo)準(zhǔn)制樣，按GB/T176 標(biāo)準(zhǔn)采用火焰光度計法進(jìn)行檢測，測試結(jié)果見表2和表3。

表2 1、2 號構(gòu)件芯樣可溶性堿含量測試結(jié)果

由表2和表3數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)被測溶液堿濃度較低時（5.0μg/ml 以下）火焰光度計的讀數(shù)相對穩(wěn)定。隨著堿濃度的逐漸升高，火焰光度計的讀數(shù)變的不穩(wěn)定。特別是測試混凝土水溶性堿含量時，由于試驗所用試樣較多，溶液中的堿濃度相對較高，當(dāng)超出40μg/ml 時即超出工作曲線之外，讀數(shù)變得極不穩(wěn)定，漂移較大。這時就需要對樣品進(jìn)行適當(dāng)稀釋之后再測試，以獲得較為準(zhǔn)確穩(wěn)定的讀數(shù)。試驗數(shù)據(jù)見表3，將溶液稀釋10 倍后測得的數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，結(jié)果更準(zhǔn)確。

表3 3、4 號構(gòu)件芯樣總堿含量測試結(jié)果

另外，需要特別注意的是GB/T176-2017《水泥化學(xué)分析方法》中規(guī)定在檢測時需要平行檢測空白樣品，在計算時需要扣掉空白試驗值。而GB/T50784-2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》則只是參照GB/T176 標(biāo)準(zhǔn)中的試驗方法而沒有規(guī)定空白檢測。因為總堿含量試驗過程中需要加入很多試劑，而這些試劑則會帶入部分堿性物質(zhì)。檢測總堿含量所用樣品較少，即使因為試劑帶入的堿性物質(zhì)較少，但依然會對結(jié)果造成很大影響。扣除空白值前后的測試結(jié)果見表3，由表3中數(shù)據(jù)可以看出測試結(jié)果差距明顯。因此，筆者認(rèn)為扣掉空白值以后的試驗結(jié)果更為合理。

2 結(jié)論

采用火焰光度法檢測混凝土中堿含量時（包括總堿含量，和可溶性堿含量），火焰大小應(yīng)根據(jù)被測溶液中堿濃度來調(diào)節(jié)。一般來講，當(dāng)被測溶液堿濃度較低時（5.0μg/ml 以下）宜采用較小的火焰，而隨著溶液濃度增加，火焰應(yīng)適當(dāng)調(diào)大。筆者建議將堿濃度較高的樣品通過稀釋適當(dāng)倍數(shù)以后再進(jìn)行檢測，以獲得較為穩(wěn)定的讀數(shù)和準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。另外，有些標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定要平行檢測空白試樣，并減掉空白測試值。然而，試驗過程中加入的很多試劑中會帶入一定量的堿性物質(zhì)，這會對檢測結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，特別是當(dāng)被測樣品堿含量較低的情況下，會使檢測結(jié)果偏高很多。因此，筆者認(rèn)為平行檢測空白試樣并減去空白值的操作十分有必要。