混凝土拌合物中氯离子检测方法的探讨与改进

廖石房（广东省建筑材料研究院）



混凝土拌合物中氯离子检测方法的探讨与改进

廖石房
（广东省建筑材料研究院）

【摘要】本文阐述了氯离子对混凝土结构破坏和耐久性的影响，通过对混凝土拌合物氯离子现场检测方法的探讨与研究，改进和简化其检测方法，提高检测效率和现场检测的可操作性。

【关键词】混凝土；混凝土拌合物；氯离子；腐蚀；氯离子快速测定仪；现场检测

1　引言

混凝土是由胶凝材料、颗粒状集料（如砂石）、水以及功能性的外加剂和掺合料按一定比例配制，经充分均匀搅拌、养护硬化而成，是当今建筑的主要材料之一。混凝土具有优良的施工性能、抗压强度高、耐久性好、用途多样等特点，并且原材料丰富，价格低廉，生产工艺简单，使其用量越来越大。构成混凝土的原材料来源广泛，容易带入氯离子。氯离子一旦被引入混凝土中，由于其半径小、活性大，很容易穿过混凝土中钢筋钝化膜，与混凝土中的钢筋发生复杂的电化学反应，对钢筋造成腐蚀，致使其体积膨胀而引起混凝土结构破坏以及耐久性的降低，严重影响建筑的质量安全。科学准确地检测混凝土中氯离子含量，有效控制混凝土中氯离子含量，提高建筑的安全性、耐久性，已经成为当下重要的议题。

图1　氯离子对混凝土结构破坏

2　社会背景

近年来，政府为了保护水土资源，限制开采河砂，河砂供应紧张而价格上涨。广东海砂丰富、价格低廉，因此很多混凝土搅拌站为了降低成本，使用低价的海砂或者珠江入海口（半淡半咸水）的河砂。相比河砂，海砂的氯离子含量波动很大，经常会出现超标的现象，这些砂用到混凝土当中，会给混凝土工程带来不可逆转的破坏，造成严重的工程质量安全问题，同时造成极大的浪费，社会影响恶劣。

目前，质监部门对混凝土中氯离子含量的监查主要有两种方式：

一是对成型硬化后的混凝土试块进行氯离子的检定。即使检测数据准确，该方式仍有许多不足和弊端。假如混凝土试块的氯离子检定结果不合格，但是该批混凝土已经投入到使用，对于建筑物来说为时已晚。使用氯离子超标的混凝土，所建的建筑物的耐久性和安全性必然下降，成为重大的安全隐患。该建筑物需要进行抽芯复检，必要时甚至打掉再建，这都将承受巨大的人力物力消耗和财产损失。

所以，相关部门为了避免人民财产的损失，出台了相关文件，提出另外一种监查方式，就是在施工现场直接对新拌的混凝土拌合物中氯离子含量进行检测。因为是在混凝土拌合物拌出、尚未硬化之前就进行检测，假如混凝土拌合物在氯离子超标，可以及时阻止不合格的混凝土进入施工现场，做到防患于未然，避免不必要的浪费，大大降低了建筑物的质量风险，提高社会效益，减少财产损失。

3　国内现行方法的异同与讨论

目前我国现行关于混凝土拌合物氯离子现场检测试验方法的标准主要有两个，一是JTJ 270-1998《水运工程混凝土试验规程》，另外一个标准是最新修订的JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》。两个标准提到的混凝土拌合物中的氯离子含量现场检测方法相同之处都是使用氯离子快速测定仪，以氯离子选择电极和饱和双盐桥甘汞电极为参比电极进行试验，检测出混凝土拌合物中砂浆的氯离子浓度，通过混凝土的配合比计算，换算成混凝土中水溶性氯离子含量占水泥质量百分比来表示。但是，两者也有较大差异。JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》比JTJ 270-1998《水运工程混凝土试验规程》作了更详细的规定和要求，同时也针对后者的不足做了改进。

图2　氯离子快速测定仪

JTJ 270-1998《水运工程混凝土试验规程》方法如下：首先将混凝土拌合物搅拌均匀，取其中600g左右砂浆两份放入烧杯，插入氯离子选择电极和甘汞参比电极，测定其电位。根据测定的电位值，从E-lgC关系曲线推算砂浆的氯离子浓度。混凝土拌合物水溶性氯离子含量占水泥质量的百分比按式1计算：

式中：

Pc——混凝土拌合物水溶性氯离子占水泥质量的百分比（%），精确到0.001%；

β——混凝土拌合物的水灰比；

3.545——氯离子的摩尔质量换算系数（g/mol）。

JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》方法是先将混凝土拌合物搅拌均匀，称取500g砂浆试样两份，放入烧杯中，并向每份试样加入500g蒸馏水，获得两份悬浮液，充分摇匀后以快速定量滤纸过滤，获得两份滤液，每份滤液不少于100mL，将氯离子选择电极和参比电极插入滤液中，经2min后测定滤液的电位值。根据测定的电位值，分别从E-lgC关系曲线上推算砂浆的氯离子浓度，并应将两份滤液的氯离子浓度平均值作为滤液的氯离子浓度的测量结果。

每立方米混凝土拌合物中水溶性氯离子的质量应按式2计算：

式中：

mB——砂浆配合比中每立方米砂浆的胶凝材料用量（kg）；

mS——砂浆配合比中每立方米砂浆的砂用量（kg）；

mw——砂浆配合比中每立方米砂浆的用水量（kg）；

0.03545——氯离子的摩尔质量换算系数（g/mol）。

混凝土拌合物中水溶性氯离子含量占水泥质量的百分比应按式3计算：

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）。

从以上可以看出，两个标准的试验方法差异主要是在样品的前处理不同和试验时电极的感应样品的状态不同。JTJ 270-1998《水运工程混凝土试验规程》中的测试方法是将电极直接插入到混凝土拌合物中测试，电极是在非液态的砂浆里面感应电势差。JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》是采用砂浆与蒸馏水以质量比1：1充分混合后，取滤液进行测试，电极是在液态环境中感应电势差。对比两个方法，第二个方法更为科学合理。原因如下：第一，氯离子选择电极和甘汞参比电极感应膜与溶液接触的良好程度直接关系到测量精度，而砂浆由于其非液态特性，有碍于氯离子在其中自由扩散，使得电极敏感膜表面氯离子溶度因扩散受限而偏差，直接插入混凝土中测量将难以保证其良好接触；第二，砂浆中存在大量的颗粒状，将氯离子选择电极和甘汞参比电极直接插进砂浆，将可能严重损害电极的感应薄膜，缩短电极寿命；第三，以滤液作为测试对象能较好避免以上两个问题，而且测试状态与“电位-氯离子浓度”曲线标定的状态一致；第四，验证试验证明可操作性大大提高，测试误差减少。

4　检测方法的改进

基于以上原因，JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》中混凝土拌合物中氯离子检测方法更为科学合理，混凝土拌合物氯离子检测更应该使用此方法。但是，该方法操作较为复杂，需要用砂浆与蒸馏水以质量比1：1充分混合后，再取滤液进行测试，因此极大限制了该方法在现实中推广使用。在简陋的施工现场进行过滤操作，操作难度较大，可操作性低。在实际的现场检测中，在检测结果准确的前提，应尽可能简化实验操作，降低检测工作的操作难度。如果减少过滤这一步骤，并且对结果没有产生影响，那么该方法在实际应用中更具现实意义。

下面以广州不同工程10个不同配合比的混凝土拌合物为样品，以JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》为检测依据，检测这批样品的氯离子含量。

混凝土配合比如表1所示：

表1　混凝土配合比

用混凝土拌合物砂浆与蒸馏水以质量比1：1充分混合后，分别取滤液和上层清液进行试验，检测其氯离子含量。得到的结果为稀释后的滤液中水溶性氯离子浓度，代入式2，计算出每立方米混凝土拌合物中水溶性氯离子的质量。因为混凝土拌合物中水溶性氯离子含量占水泥质量的百分比，所以将上式计算所得结果mCl-代入式3，分别计算得出10个不同配比的混凝土拌合物中水溶性氯离子含量占水泥质量的百分比，数据如表2所示。

从数据可以看出，取滤液进行试验与取上层清液进行试验，检测其氯离子含量所得到结果基本一致，误差在允许范围内波动。所以，按JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》的检测方法在混凝土拌合物现场检测中，砂浆与蒸馏水以质量比1：1充分混合后，过滤这一步骤可以省略，直接静止片刻，取上层清液进行测试，所得结果与用滤液测试基本一致。取消过滤步骤，试验更加简便，更加符合现场检测结果准确前提下，简化试验的原则，提高检测工作效率。

表2　混凝土拌合物中水溶性氯离子含量占水泥质量的百分比

5　结语

混凝土以其优良的施工性能、耐久性、坚固性、用途的多样性、原材料的丰富性，已成为现代建筑的首选材料。氯离子一旦被引入混凝土中，对混凝土结构中的钢筋造成腐蚀，致使其体积膨胀引起混凝土结构破坏和耐久性的降低，严重影响建筑的质量安全。由于氯离子对钢筋的腐蚀是不可逆的，因此混凝土中的氯离子被称为建筑物的“癌症”。

由于在混凝土新鲜拌出、尚未硬化之前就进行检测混凝土拌合物氯离子含量，可以及时阻止氯离子超标的混凝土进入施工现场，做到防患于未然，可以大大降低建筑物的质量风险，减少人民财产损失。同时，通过试验对比，在保证结果准确前提下，可以减少JGJ/T 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》标准中过滤步骤，消除了不利于现场试验的因素，提高了试验可操作性，建立快捷简便的混凝土拌合物氯离子含量的现场检测方法，保障检测工作顺利进行。●

【参考文献】

［1］广州市城乡建设委员会关于加强工程使用混凝土质量管理的通知［Z］.2014.

［2］JTJ 270-1998，水运工程混凝土试验规程［S］.

［3］JGJ/T 322-2013，混凝土中氯离子含量检测技术规程［S］.

［4］GB/T 14902-2012，预拌混凝土［S］.

［5］林晓森，李品龙.混凝土中氯离子检测技术的探讨［J］.广东建材，2016，（02）：73-39.

［6］GB 50164-2011，混凝土质量控制标准［S］.