混凝土材料中氯离子检测方法论文

混凝土材料中氯离子的检测方法研究【摘要】当氯离子侵入到混凝土之后，会对混凝土的保护层造成破坏，影响建筑物的质量。本文对混凝土材料中氯离子检测的三种方法进行了介绍，并提出了防腐的措施。

【关键词】混凝土氯离子检测方法

中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：

钢筋混凝土结构通常在暴露的环境中使用，因而受各种介质的侵蚀较多，其中氯化物是一种最危险的侵蚀介质。一般硅酸盐水泥本身就含有少量的氯化物。但在混凝土拌制中由于加入了含氯化物的减水剂和使用淡化海砂等，这就可能增加混凝土中的氯化物含量。

一、氯离子对钢筋混凝土的侵蚀破坏机理

在一般情况下，混凝土空隙中的水呈碱性(ph值＞12.5)。在这种高碱的环境中，钢筋表面沉积一层致密的碱性钝化膜(fe2o3薄膜)，且处于惰性状态，阻止钢筋进步氧化、锈蚀。因此，在一般情况下，混凝土对钢筋有很好的保护作用。当钢筋混凝土处于氯盐环境中时(如近海混凝土)，混凝土碱度就会降低(ph值可降至9以下)。当混凝土ph值降至11.5以下时，混凝土钝化膜受到破坏，从而失去了对钢筋的保护作用。若有空气和水分侵入，钢筋便开始锈蚀。关于氯离子的侵蚀并导致混凝土损坏有三种机理：（1）酸侵蚀导致ca(oh)2溶解，并使钙离子从水泥浆体中析出。

由于氯离子的扩散速率比阳离子的扩散速率要高，为维持有电

中性，oh-离子就会向相反的方向扩散，引起ph值下降及水泥水化产物溶解。在有氯化钠时有如下置换反应:

ca(oh)2+2nacl→cacl2+2naoh

nacl会立即溶解，但cacl2又会与ca(oh)2反应生成

ca(oh)2·cacl·2h2o，cacl2的溶解度也会下降。

（2）形成膨胀化合物，主要有氯化钙和氯化镁等氯离子的侵入形成的膨胀化合物包括碱性氯化镁mg3cl2(oh)4·2h2o和碱性氯化钙ca(oh)2·cacl2·h2o，但这要求氯离子浓度要求高。两种化合物都有一定的膨胀特性，并且导致浆体裂纹的产生，进而产生损坏。

（3）渗透压作用。在高浓度氯盐条件下，水泥浆体在氯盐溶液中的损坏是由于渗透压的作用。氯离子的侵蚀过程首先是引起水泥浆体的收缩，这一收缩常常是发生侵蚀前几天，这可能是由于渗透压的作用，导致了水泥水化凝胶体的致密。这一收缩能引起裂纹的形成，进而有助于氯离子和其他侵蚀介质进入到浆体内部。这些裂纹中可发现碱性氯化镁沉淀，但浆体的膨胀有限，尤其是在侵蚀发生初期。这是因为结构中有较大的孔隙体积，可以容纳新产物的结晶、沉淀。因此，碱性氯化镁的结晶会导致收缩减小。但是，随后由于胶体的致密，浆体又开始收缩，浆体外层会变得更密实，孔隙率也大大降低，胶体的致密防碍了离子的扩散。当水泥浆体被侵没在高浓度氯离子溶液中时，由于氢氧化钙晶体的迅速溶解以及水泥浆体中孔隙率的增加，最初的收缩会迅速终止。这时镁离子的扩散就会加速，并会形成具有膨胀特性的碱性氯化镁或碱性氯化钙。相

应的收缩过程也会转变为膨胀过程，并导致浆体的损坏。

二、氯离子含量的检测方法

1、铬酸钾法

在中性至弱碱性范围内（ph6.5～10.5）以铬酸钾为指示剂，用硝酸银作标准溶液滴定氯化物，由于氯化银的溶解度小于铬酸银的溶解度，cl-首先被完全沉淀出来，为白色。然后铬酸盐以铬酸银的形式被沉淀，产生砖红色沉淀，表明银离子已稍过量，指示达到终点。缺点是随着滴定剂加入量的增大，被测溶液中氯化银量增多，溶液变得浑浊，同时其中作为指示剂的铬酸钾本身颜色也较深，颜色突变不是很明显时终点不易准确观察，由肉眼判断可能会造成很大的人为误差，样品量较大时容易造成眼睛疲劳。并且有时还会出现滴定终点反复等不利因素，这都给滴定终点的判断带来不便，而且由于沉淀的吸附作用，易使结果偏低且待测溶液颜色变化较慢时，误差更大。

2、电位滴定法

电位滴定法是通过测量滴定过程中电池电动势的变化来确定滴定终点的滴定方法。电位滴定法靠电极电位的突跃来指示滴定终点，在滴定到达终点前后，滴液中的待测离子浓度往往连续变化n 个数量级，引起电位的突跃，被测成分的含量通过消耗agno3量来计算。具体方法是将一个银电极（作为指示电极）与另一个电位恒定的电极饱和甘汞电极（作为参比电极），同时插入被测样品溶液中组成工作电池，用电位计或酸度计测定两极在溶液中组成的原电

池电动势，银离子与cl-反应生成溶解度很小的氯化银白色沉淀。在等当点前滴入硝酸银生成氯化银沉淀，两电极间电势变化缓慢，等当点时cl-全部生成氯化银沉淀，这时滴入少量硝酸银即引起电势急剧变化，指示出滴定终点，则停止滴定。在滴定过程中记录每次的电动势e和每次的agno3消耗体积v，并列表，用二次微商法和插入法计算出滴定终点时所消耗的agno3总体积。根据《gb／t50344-2004建筑结构检测技术标准》（附录c混凝土中cl-含量测定）中所给公式计算cl-的含量。电位滴定法采用仪器分析指示终点变化消除了人为对颜色变化识别的差别，比较适宜含量较高而且有颜色干扰的样品cl-含量的测定。缺点是银电极的本身结构不稳定，造成重复性较差，电极的维护比较麻烦，操作比较繁琐。

3、cl-选择性电极测定cl-含量

cl-选择性电极是把agcl和ag2s的沉淀混合物压成膜片，固定在塑料管的一端，并以全固态封装工艺装配成无内参比溶液的全固态型电极。其结构简单，使用方便。由cl-选择性电极、甘汞电极与待测定溶液组成原电池，测得电动势e与cl-活度之间的关系式为：e为该原电池的电动势值；为当为1时的电池电动势值；为nernst方程的斜率常数；为试样溶液的cl-浓度。e与log[cl-]成线形关系，由于和值是常数，可配制一系列标准cl-溶液，利用其浓度及对应的原电池电动势数据，经线性回归分析求得。所以只要测定未知试液所组成的原电池电动势，根据回归分析公式即可求得其cl-的浓度。也可作出e与log[cl-]标准曲线，根据样品的e查

标准曲线求出待测溶液中cl-浓度。cl-选择性电极使用前在

10-3mol/l nacl溶液中浸泡活化1h，再用去离子水反复清洗至空白电势值达260mv以上方可使用，这样可缩短电极响应时间并改善线性关系；电极响应膜切勿用手指或尖硬的东西碰划，以免沾上油污或损坏，影响测定；使用后立即用去离子水反复冲洗，以延长电极使用寿命；每种cl-离子选择性电极的说明书中都有一个测定范围和ph值范围，混凝土中cl-离子含量较低，一般在测定范围之内，ph值可用酸碱调节。

e°、k值的求解，标准曲线的绘制：在7个100ml容量瓶中分别配制1mol/l～10-6mol/l的cl-标准溶液（提示：可移取

10.00ml10-1mol/l的cl-溶液在100ml容量瓶中配得10-2mol/l的cl-溶液，后面依此类推），5mol/l的nano3作为离子强度调节剂。将上述7个溶液分别倒入洗净并干燥的烧杯中，放入搅拌子。用滤纸吸去悬挂在电极上的水滴，把电极插入盛有氯标准溶液的烧杯中，置于磁力搅拌器上平稳搅拌2min，然后静置1min，待电位稳定后读取电位值e。测定时按照从稀到浓的顺序进行，切勿弄反。测完后将cl-选择性电极用去离子水洗净。利用matlab中数据的多项式拟合命令polyfit求出e°、k值，利用excel作出曲线，并检查曲线是否是接近线性。