混凝土用砂氯离子含量检测方法的对比研究

2020-05-27代建林沈佳铖陈嘉敏杨一杰

绿色建筑 2020年6期

代建林；王韬；沈佳铖；陈嘉敏；杨一杰；王颖

（31.中国平安财产保险股份有限公司，上海 200040；2.上海建筑科学研究院有限公司，上海 200032；3.上海建科工程咨询有限公司，上海 200032）

混凝土作为现代土木工程主要的材料，其结构安全性和长期耐久性备受关注。钢筋锈蚀是引起混凝土结构失效的危害之一，而引起钢筋锈蚀的主要原因之一是混凝土及其原材料中氯离子的大量引入。过高的氯离子含量会使混凝土中钢筋表层钝化膜破坏，引起混凝土保护层开裂，加剧钢筋锈蚀的反应，最终影响钢筋混凝土结构安全性和耐久性，给国家造成经济损失。因此，前期控制混凝土及其原材料尤其是细集料的氯离子含量尤为重要。

砂是混凝土的必备原材料，过去常以河砂作为主要来源。河砂开采过程中会出现国家资源流失、河道下切、堤防被破坏、航运受影响等严重环境问题，国家及地方政府相继出台条令限制天然砂的开采。随着市场混凝土用砂需求的不断增加，使用违规海砂的行为日益增多。因此，在市场政策监管的同时，管理单位、监理单位、用砂单位等对黄砂原材的氯离子含量做出快速预判也至关重要。

上海市自2004年开始进行工程质量保险的研究，多年来经过课题研究、项目试点、扩大推行阶段，2019年开始在全市住宅项目全面推行建筑工程质量潜在缺陷保险（Inherent Defects Insurance，IDI）。IDI 实施的必要条件之一是保险公司委托第三方质量风险管理服务（TIS）对工程实施的各个环节进行质量检测、风险管控，对潜在缺陷风险进行评估并提出解决方案。在监控过程中，保险公司和 TIS 需要寻找一些可靠的现场快速检测手段评估潜在风险。

现行国家及行业标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》、JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》、JG/T 494—2016《建筑及市政工程用净化海砂》中，对混凝土用砂的氯离子含量检测方法主要为硝酸银滴定方法。此类方法结果的重复性及再现性较好，但检测周期相对较长，对试验人员要求较高，不适合用于对工程现场混凝土和砂的氯离子含量及时监控。

鉴于以上原因，为规避 IDI 保险系统性风险，履行保险公司社会风险管理职能，对某公司开发的 ETS 快速测氯条与国家标准建设用砂氯离子含量测定方法测定结果进行了线性相关性比对研究。该 ETS 测氯条在日本已有近40a 的使用经验，能够快速检测出新拌混凝土、砂的氯离子含量，具有操作简单，对环境/操作人员要求不高等特点。但此法在国内尚为新方法，本课题旨在研究 ETS 测氯条现场应用的可靠性，为 ETS 测氯条快速测试方法在工程现场应用提供基础研究。

1 研究方案

1.1 黄砂氯离子含量比对方案

（1）试验室黄砂氯离子含量比对方案如表1所示。

表1 黄砂氯离子含量比对方案

（2）现场黄砂氯离子含量比对方案如表2所示。

表2 现场黄砂氯离子含量比对方案

1.2 试验方法

1.2.1 ETS 测氯条试验室测定方法

依据 GB/T 14684—2011 处理样品，经浸泡、放置、摇动、过滤后，将3支 ETS 测氯条插入滤液液面以下。当测氯条显示部分由橙色变为暗蓝色时，测试反应结束。读取显示条中由茶褐色变为淡白色处的界面顶点，读数精确至 0.1，按厂家提供对照表中换算氯离子浓度。

1.2.2 GB/T 14684—2011 中氯离子含量测定方法

黄砂经缩分、烘干、冷却后，取500g 的黄砂加入500mL 蒸馏水，摇动并放置2h。再每隔5min 摇动一次，共摇动3次。清液过滤后，移取50mL 滤液加入 5% 铬酸钾指示剂，以 0.01 mol/L 硝酸银标准溶液滴定并计算黄砂氯离子含量。

1.2.3 JG/T 494—2016 中氯离子含量的测定方法

黄砂经缩分、烘干、冷却后，取500g 的黄砂加入500mL 蒸馏水，搅拌混匀，从室温加热至80℃ 并持续1h。再每隔5min 摇动一次，共摇动3次，冷却后，移取50mL 滤液加入 5% 铬酸钾指示剂，以 0.01 mol/L 硝酸银标准溶液滴定并计算黄砂氯离子含量。

1.2.4 ETS 测氯条现场测定方法

称取250g 黄砂加入250g 蒸馏水，来回震荡塑料瓶30次，静置5min，再倒出上层清液，将3支 ETS 测氯条插入清液液面以下。当测氯条显示部分由橙色变为暗蓝色时，测试反应结束。读取显示条中由茶褐色变为淡白色处的界面顶点，读数精确至 0.1，按厂家提供对照表换算氯离子浓度。

1.3 原材料情况

（1）选取河砂与氯离子含量相对较高的海砂，按不同比例进行混合，配制5个浓度的混合砂。按试验室黄砂试验方法进行黄砂氯离子含量的测定。

（2）选取一定量河砂，按不同比例添加 NaCl，配置为5个浓度的黄砂。按照上述试验方法进行黄砂氯离子含量的测定。

（3）对混凝土构件厂或混凝土搅拌站中使用的黄砂进行取样，按上述试验方法中现场黄砂氯离子含量比对方案进行黄砂氯离子含量的测定。

2 试验结果数据分析

2.1 试验室黄砂氯离子含量比对结果

（1）不同浓度的河砂与海砂混合后氯离子含量比对结果如表 3、表4所示，线性关系如图1所示。

表3 不同浓度河砂与海砂混合后氯离子含量比对结果 %

表4 与 GB/T 14684—2011 结果相对偏差比较 %

图1 不同浓度河砂与海砂混合后氯离子结果线性关系图

（2）河砂加入不同量的 NaCl 后氯离子含量的比对结果如表 5、表6所示。线性关系如图2所示。

表5 河砂加入不同量的 NaCl 后氯离子含量比对结果 %

表6 与 GB/T 14684—2011结果相对偏差比较 %

2.2 现场黄砂氯离子含量比对结果

根据现场黄砂氯离子含量比对方案，按国标 GB/T 14684—2011 进行氯离子检测结果与 ETS 现场测定方法比对累计进行3次，检测组数为6组，如表7所示。

图2 不同浓度 NaCl 与海砂混合后氯离子结果线性关系图

表7 现场黄砂氯离子比对结果及相对偏差比较 %

2.3 黄砂比对结果分析

2.3.1 试验室黄砂比对结果分析

（1）不同浓度海砂（前处理同 GB/T14684—2011）的 ETS 测定检测结果与 GB/T 14684—2011 检测结果为正偏差。结果显示，5个检测浓度中，低浓度（20% 海砂）的检测结果相对偏差较小，为 1.81%；高浓度（40% 海砂、60% 海砂、80% 海砂、100% 海砂）的检测结果相对偏差较大，在 7.37%～16.95% 范围内。

不同浓度海砂的 ETS 测氯条现场测定方法检测结果与 GB/T 14684—2011 检测结果偏差在－10.21%～13.62% 范围内。

JG/T 494—2016 检测结果与 GB/T 14684—2011 测定检测结果为正偏差，相对偏差 3.17%～10.08% 范围内。

（2）加 NaCl 河砂（前处理同GB/T 14684—2011）的 ETS 测定法检测结果与GB/T 14684—2011 检测结果为正偏差。结果显示，5个检测浓度中，低浓度（加 0.01% NaCl、加 0.02% NaCl、加 0.04% NaCl、加 0.06% NaCl）的检测结果相对偏差较小，在 0.96%～10.99% 范围内；高浓度（加 0.10% NaCl）的检测结果相对偏差较高，达到 11.82%。

加NaCl 河砂的 ETS 测氯条现场测定方法检测结果与 GB/T 14684—2011 检测结果为基本负偏差，在－7.69%～2.79% 范围内。

JG/T 494—2016 检测结果与 GB/T 14684—2011 测定检测结果为正偏差，相对偏差 4.12%～13.46% 范围内。JG/T 494—2016 检测结果与试验室中按 GB/T 14684—2011处理黄砂的 ETS 氯离子检测结果较接近。

2.3.2 现场黄砂比对结果分析

测定结果在低浓度时，情况良好，相对偏差为－15.62% ～4.35%，结果差值仅为－0.000 5%～0.000 1%。其中另有2组样品由于 ETS 现场检测结果较低，显示值仅为 0.4～0.8，ETS 测氯条对照表上无法显示，未列入比较。

测定结果大于国家标准 II 类黄砂限值 0.02% 时，偏差稍大，相对偏差达到 22.65%，结果差值为 0.007 7%。

3 其他应说明的情况

3.1 ETS 快速测氯条应用范围

某公司开发的 ETS 快速测氯条，在测氯条示值＜ 1.4 时无法给予明确的检测结果。在这样的情况下，可提高黄砂比例测定初步结果，并通过砂水比例推定黄砂中氯离子含量的初步结果。

3.2 含泥量过大时的操作方法

ETS 快速测氯条对黄砂进行测定时，若砂中含泥量较大导致溶液过于浑浊时，直接插入测氯条检测会引起泥浆堵塞测氯条底部毛细管吸收处，导致检测时间较长，甚至测定结果失真。在这样的情况下，建议使用 ETS 专用取液器进行压滤。

4 结语

根据上述结果分析，按 GB/T 14684—2011 处理的黄砂 ETS 测定氯离子测定结果与 GB/T 14684—2011 测定结果比对共计10组。在国家标准 II 类限值 0.02% 范围内结果较近，最大相对偏差达到 10.99%，结果差值 0.002 1%；超出国家标准 II 类限值 0.02% 时，结果相对偏差较大，达到 1.04%～16.95%，结果差值 0.000 4%～0.009 9%。

ETS 测氯条现场测定方法与 GB/T 14684—2011 的氯离子检测结果共计14组，在国家标准 II 类限值 0.02% 范围内结果较好，相对偏差范围－15.63%～4.35%，结果差值－0.001 2%～0.000 1%；超出国家标准 II 类限值 0.02% 时，结果相对偏差范围相对较大，达到－10.21%～ 22.65%，结果差值－0.0097%～0.0077%。

根据 ETS 测氯条现场测定方法与 GB/T 14684—2011 的氯离子测定结果比对情况，低于国家标准 II 类限值 0.02% 时，2 种方法的检测结果线性关系较好；高于国家标准 II 类限值 0.02% 时，2 种方法的结果偏差稍大，详见图3黄砂氯离子与 GB/T 14684—2011 的氯离子测定结果比对图。