混凝土中氯离子检测方法研究

（广东省建筑材料研究院有限公司，广东 广州 510160）

近些年来，由于混凝土出现钢筋锈蚀和破损等问题，引发大量工程破坏，造成了巨大的经济损失和危害人民的生命安全。众所周知，当混凝土中氯离子含量一旦超过一定浓度后，混凝土表面的钝化膜会被破坏同时形成锈蚀，导致裂缝的产生而影响建筑物的寿命。目前，我国已发布相关技术规范标准明确规定需要加强控制混凝土中的氯离子含量。目前，国内外学者对对氯离子含量的测试方法研究很多，如滴定法、离子色谱法、原子吸收法等。但这些检测方法主要侧重用于实验室测试研究，测试过程对仪器和技术要求高，不是十分适用实际工程现场混凝土氯离子测试。本文的研究主要目的是调研和参考国内外学者各个混凝土氯离子测试方法，以期寻找一种更为快速和简便的混凝土中氯离子含量测试方法。

1 混凝土中氯离子的来源和危害

1.1 混凝土中氯离子的来源

混凝土中氯离子主要来源于水泥、砂子、水和外加剂中的氯离子。水泥中的氯离子主要是来源于制作水泥的基料（混合材料、矿化物和外加剂等），并以被固化的氯离子和溶解于孔隙溶液中的游离氯离子两种形式存在，同时大部分氯离子会随着水泥熟料煅烧过程中而挥发掉，残留在熟料中的含量较少。砂子中的氯离子主要是来源于天然海砂，天然海砂氯离子较大，需要提前做好海砂氯离子处理才能用于混凝土生产，避免混凝土中的氯离子含量的增加。水中的氯离子主要来源于地表水、地下水、再生水、生产企业循环水和冲洗设备用水的循环使用，这些都会可能导致氯离子含量超标。外加剂是为了改善混凝土性能而添加的如减水剂、防水剂等，这些都可能存在氯盐成分，从而导致氯离子的增加，在使用增加这些外加剂时需要结合其品种和掺和量考虑，避免导致混凝土中氯离子含量超标。

1.2 混凝土中氯离子的危害

氯离子穿透力非常强，一旦含量达到一定值时候会加强混凝土结构中钢筋的电化学腐蚀效果，对混凝土结构构成危害。一般来说，当混凝土的氯离子含量超过一定量时，氯离子通过吸附在钢筋表面的钝化膜处，加速钝化膜处的pH 值下降，一旦混凝土pH 值低于11.5 时，其结构就遭到破坏，失去保护钢筋的能力。还有一些测试表明，氯离子的局部酸化作用会导致钢筋表面遭到大面积锈蚀，降低了混凝土抗化学腐和耐磨性，减少钢筋混凝土的有效截面，严重影响了混凝土结构的耐久性，直接威胁到整个建筑工程的安全性。

2 试验部分

在笔者对国内外相关学者的各种混凝土氯离子含量测试方法的调研中，特别注重对测试速度快、人为误差小、精度高的测试方法研究，以便更好指导施工现场实际。下面主要对调研中总结归纳的速测条法、硝酸银滴定法、Cl-选择电极法三种测试方法进行对比分析。

2.1 原材料的选择

在水泥的选用上，选用基准（硅酸盐）水泥，主要用于本次试验中混凝土外加剂的测试。水泥的性能指标主要为：（1）抗折强度/MPa：3d 为4.2、28d 为8.6；（2）抗压强度/MPa：3d 为25.1、28d 为51.2；（3）凝结时间：初凝为169 分、终凝253 分；（4）比表面积：346 m2/kg；（5）烧失量：1.71%；（6）氧化镁：2.57%；（7）SO3：2.93%；（8）Cl-：0.011%。

在掺合料选择上，选用某搅拌站的S95 矿粉和Ⅱ级粉煤灰，其中Ⅱ级粉煤灰的性能指标主要为：（1）活性指数：7d 为68、28d 为75；（2）需水量：106%；（3）密度:2.1 g/cm3；（4）比表面积：340 m2/kg；（5）烧失量：3.6%；（7）SO3：1.8%；S95 矿粉的性能指标主要为：（1）活性指数：7d 为78、28d为103；（2）密度）:2.8 g/cm3；（3）比表面积52 m2/kg；（5）烧失量：1.5%；（7）SO3：2.0%；

在细骨料选择上，确定河砂，其细度模数2.4，表观密度为2580kg/m3，含泥量为0.2%。

粗骨料选择上，确定为5～25mm 连续级配的石灰岩碎石，其含泥量为0.3%，表观密度为2650kg/m3。

在减水剂选择上，选择广东某企业生产的聚羧酸系高效减水剂，减水率为20%、含固量为24%。

拌合水选择自来水。

氯化钠为纯 NaCl，纯度高于99.95%。

2.2 试验用混凝土配合比设计

本试验用的混凝土设计强度等级为C30 和C50，并进行6 组不同配合比设计，设计坍落度为（180±30）mm。试验用混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

2.3 试验过程

2.3.1 测试原材料中水溶性氯离子含量

本次测试中，在参考JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规 程》中的相关标准规定基础上进行对本次混凝土原材料中水溶性氯离子含量的测试。大致遵循以下测试步骤：

在带塞磨口瓶中放入500g 试样，然后注入 500mL 蒸馏水，并盖好塞子进行摇动，第一次摇动后放置2 小时，之后进行3 次间隔频率为5min 的摇动。确保氯盐充分溶解后选取取瓶中上部澄清的溶液，并进行过滤，并取50mL 滤液作为试样。其它部分试验在此不做详细说明，按照标准规定进行。

2.3.2 配制标准溶液

使用蒸馏水和氯化钠进行不同的低浓度标准溶液的配制，其中Cl-质量浓度分别为0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%。

进行高浓度标准溶液的备用，Cl-质量浓度分别为0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%。

2.3.3 检测方法

（1）硝酸银滴定法

本试验的硝酸银滴定法具体测试方法遵循 JGJ/T 322—2013 中 4.1 及附录 B 相关规定开展。

（2）Cl-选择电极法

Cl-选择电极法试验中使用的测定仪为我国某企业生产的氯离子含量快速测定仪。具体测试方法严格遵循JGJ/T322—2013 中4.1 及附录A 相关规定开展。

（3）速测条法

本试验通过使用日本某企业生产的混凝土氯离子速测条开展试验。首先借用简易压榨装置压榨出新拌混凝土中的水，接着将速混凝土氯离子速测条的下端部分插入压榨出来的水中，观察混凝土氯离子速测条的颜色变化，待混凝土氯离子速测条颜色指示部分出现变色后，进行变色部分顶点对应的数值的读取，并结合浓度换算表，选择3 个换算后浓度值的平均值记录为压榨水中氯离子的质量浓度（记为ω1）。

3 试验结果分析

3.1 标准溶液中氯离子含量的测试结果对比

结合三种测试方法进行低浓度和高浓度标准溶液测试，通过对测试结果的分析可知。用硝酸银滴定法、Cl -选择电极法和速测条法三种测试方法测试的氯离子浓度与标准溶液的 真实值偏差在±10%内，十分接近。试验结果表明这三种方法对标准溶液的测试结果的准确性上分析都是较为适合的。

3.2 混凝土中氯离子含量的测试结果对比

从结果显示分析可知，选用硝酸银滴定法测得中氯离子浓度低于计算值，其中硅酸盐水泥（NC-C30）偏差则高于20%、矿粉（BS-C30）和掺粉煤灰（FA-C30）偏差在20%之内。其次选用Cl-选择电极法测得中氯离子浓度与计算值偏差较小，大部分在±10%之内。与此相比，选用速测条法测得中氯离子浓度与计算值偏差最小，基本都在±10%之内。

另外，通过对C50 混凝土与 C30 混凝土测试结果分析对比，结果显示用硝酸银滴定法的测试结果，除了掺矿粉（BS-C50）的偏差变大外，其它测试结果与计算值的偏差有变小趋势。而选用 Cl-选择电极法和速测条法的偏差则出现稍变大趋势。

总的来说，以上三种测试方法在测试精准度上不存在很大的差别，存在偏差差异主要是由于混凝土拌合物中水溶性氯离子含量的测试准确度除了受测试方法影响外，还受到其它操作步骤的人为因素的影响。

3.3 测试时间对比

三种测试方法的测试流程见下图1-图3所示。

图1 硝酸银滴定法的测试流程图

图2 Cl-选择电极法的测试流程图

图3 速测条法的测试流程图

采用硝酸银滴定法测试步骤分别有10 个，其中采样环节需要2min、筛分环节需要3min、稀释环节需要5min、沉淀环节需要80min、过滤1 环节需要20min、煮沸环节需要6min、过滤2 环节需要4min、调PH 环节需要5min、滴定环节需要6min、计算环节需要3min，合计耗时134min。

采用Cl 选择电极法测试步骤分别有7 个，其中采样环节需要2min、筛分环节需要3min、稀释环节需要5min、沉淀环节需要80min、过滤环节需要20min、测定环节需要2min、计算环节需要3min，合计耗时115～135min。

采用速测条法测试步骤分别有4 个，其中采样环节需要2min、压榨环节需要5min、测定环节需要2min、计算环节需要3min，合计耗时12min。

从以上分析可知，速测条法的测试时间较少，且对于测试仪器要求也较为简单。

4 结语

混凝土中的氯离子含量超标是影响混凝土结构关键因素，但同时又存在很多不可控因素，如何通过选择科学合理的方法实现氯离子含量的测定，给现场提供最为精确和全面的数据，提高实际工程的质量和安全，是进行混凝土氯离子检测的试验的最终目的。本文通过分析三种氯离子含量测试方法，其中速测条法测试测试流程步骤少、测试耗时短，且对测试仪器要求不高，如用于工程实践中具有一定的意义。