硝酸銀顯色法檢測混凝土中氯離子的影響因素_第1頁
硝酸銀顯色法檢測混凝土中氯離子的影響因素_第2頁
硝酸銀顯色法檢測混凝土中氯離子的影響因素_第3頁
硝酸銀顯色法檢測混凝土中氯離子的影響因素_第4頁
硝酸銀顯色法檢測混凝土中氯離子的影響因素_第5頁
全文預(yù)覽已結(jié)束

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

硝酸銀顯色法檢測混凝土中氯離子的影響因素

氯離子引起的鋼筋侵蝕是沿海和寒冷地區(qū)最常見的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞(除冰鹽)的原因。根據(jù)相關(guān)報道,約有80%的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題是由氯離子所引起。大多數(shù)情況下,曝露在除冰鹽與海洋環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕是氯離子侵蝕過程。氯離子侵蝕可以分為2個階段,第一個階段一般指鋼筋表面氯離子達(dá)到臨界濃度所用的時間,隨后為第二階段開始,一直到混凝土結(jié)構(gòu)遭到腐蝕破壞。鋼筋表面達(dá)到臨界氯離子濃度所用的時間,通常被認(rèn)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命。因?yàn)橥ǔUJ(rèn)為只有自由氯離子對混凝土中的鋼筋具有侵蝕作用,對鋼筋混凝土中滲透進(jìn)的自由氯離子的量的評估尤為重要,特別需要對自由氯離子隨時間與空間而不同的滲透前沿進(jìn)行測定以便對滲入的氯離子量進(jìn)行監(jiān)控,從而在設(shè)計階段對氯離子環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行壽命預(yù)測或者對已存在的氯離子環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)剩余壽命進(jìn)行預(yù)測。對于混凝土中氯離子的滲透,通常采用切片取樣、磨細(xì)、化學(xué)分析等操作(以下稱為切片分析法)來進(jìn)行分析和計算,但是,這種方法需要復(fù)雜的設(shè)備,且費(fèi)時、費(fèi)力。簡捷的硝酸銀顯色法可以測量混凝土中氯離子的滲透深度及計算氯離子的滲透系數(shù)。綜述了不同的硝酸銀顯色法與變色邊界氯離子濃度的影響因素以及硝酸銀顯色法的應(yīng)用。1顯色法分類及特點(diǎn)硝酸銀顯色法是測量混凝土中自由氯離子滲透深度的簡單而快捷的方法。硝酸銀顯色法將硝酸銀水溶液(通常為0.1mol/L)噴灑在(自然擴(kuò)散或電遷移氯離子)混凝土的表面,在氯離子濃度高于一定值的區(qū)域,主要是氯離子與銀離子發(fā)生反應(yīng)生成銀白色的氯化銀沉淀,整個區(qū)域顯銀白色;在氯離子濃度低于一定值的區(qū)域,主要是氫氧根離子與銀離子反應(yīng)生成棕色的氧化銀沉淀,兩種不同顏色的區(qū)域中間形成了一條明顯的顏色交界線(稱為變色邊界),通常測試氯離子滲透面到變色邊界的平均寬度稱之為氯離子的滲透深度。因此,變色邊界并不是實(shí)際的氯離子滲透邊界。從70年代開始,先后發(fā)展了3種硝酸銀顯色法用來測量實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場混凝土中氯離子滲透。這3種方法分別是:AgNO3及熒光素法,AgNO3+K2CrO4法和AgNO3法。AgNO3及熒光素法由Collepardi等發(fā)展,以0.1mol/LAgNO3溶液及熒光素溶液(1g/L70%的酒精水溶液)為顯色指示劑,氯離子滲透區(qū)域?yàn)榘捣奂t色,無氯離子區(qū)域?yàn)榘岛谏籄gNO3+K2CrO4法由Maultzsch等提出,以0.1mol/LAgNO3溶液及5%K2CrO4溶液為顯色指示劑,氯離子滲透區(qū)域?yàn)榈S色,無氯離子區(qū)域?yàn)榧t褐色;Otsuki等提出了硝酸銀法,以0.1mol/LAgNO3溶液做顯色指示劑,氯離子滲透區(qū)域?yàn)殂y白色,無氯離子區(qū)域?yàn)樽厣?種顯色法的特征圖片如圖1所示。從圖1可以看出,3種顯色法的變色邊界都能夠被明顯地觀察到。但這3種顯色法存在以下一些異同點(diǎn):3種顯色法測得的氯離子的滲透深度相差不大。在AgNO3+K2CrO4中,Ag+和CrO42+形成的Ag2CrO4沉淀“浮”在混凝土斷面上,過多地噴灑K2CrO4溶液會沖洗掉形成的Ag2CrO4沉淀,從而導(dǎo)致暗黃色的無氯離子區(qū)域(黃色+少許磚紅色)的形成,這將影響變色邊界的清晰度。AgNO3+K2CrO4法能夠比AgNO3法測量到稍大的氯離子滲透深度。最近,He等指出隨氫氧根離子濃度增大,變色邊界氯離子濃度增大。在AgNO3+K2CrO4顯色法中,溶液被酸化降低了氫氧根離子濃度,這導(dǎo)致變色邊界氯離子濃度降低,從而測得的氯離子滲透深度較大。在實(shí)際噴灑過程中發(fā)現(xiàn),AgNO3及熒光素和AgNO3+K2CrO4顯色法中,為了獲得最佳的變色邊界,兩種溶液的噴灑時間間隔并不是很容易控制的。這是因?yàn)閲姙㈤g隔取決于諸如溫度、濕度以及各種溶液的噴灑量。如果噴灑間隔沒有被適當(dāng)?shù)乜刂?,將?dǎo)致不清晰的變色邊界。AgNO3及熒光素和AgNO3+K2CrO4顯色法需要更多的測試時間去獲得更佳的顯色邊界。此外,K2CrO4對人體的健康是有害的。當(dāng)AgNO3+K2CrO4法達(dá)到一個較好地顯色效果時,它的變色邊界將比同條件下的AgNO3法的變色邊界更清晰。AgNO3法比其他兩種方法更簡單,操作更容易?;炷恋膲A度越高,形成的Ag2O量越多,形成的變色邊界越清晰。通常情況下,混凝土的堿度能夠提供足夠的Ag2O形成較為清晰的變色邊界。另外,AgNO3法僅僅需要10min便可以完成。因此硝酸銀顯色法操作更快捷。2變色邊界處的自由氯離子濃度對膠凝材料的分散性能硝酸銀顯色法中變色邊界處的氯離子濃度即是兩種顏色交界處的氯離子濃度。很多研究者對其進(jìn)行了測試。已發(fā)表的文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)表明,測得的變色邊界處的自由氯離子濃度占膠凝材料重量的0.01%到1.69%,[9,10,12,13,14,15,16]結(jié)果卻相差甚大。實(shí)際上,許多因素都會對測得的結(jié)果有影響,下面具體闡述幾種因素對測得的變色邊界處的氯離子濃度的影響。2.1agcl和ag2oTang首先指出了混凝土的堿度可能對硝酸銀顯色法變色邊界有很大的影響。在硝酸銀顯色法中,硝酸銀溶液噴灑到新劈裂的氯離子滲透的混凝土斷面上,氯離子滲透區(qū)域同時存在OH–離子(濃度幾乎恒定),在氯離子滲透區(qū)同時形成銀白色的AgCl和深棕色的Ag2O:由于從滲透面到變色邊界,氯離子量逐漸減小,所形成的AgCl量越來越少。當(dāng)混合物中AgCl含量低于某個值時,其顏色無法區(qū)分于Ag2O的顏色,變色邊界出現(xiàn),如圖2所示。He等發(fā)現(xiàn)將等當(dāng)量的NaCl與AgNO3混合時,形成的AgCl和Ag2O沉淀物中AgCl含量隨氫氧根離子濃度增大而減少,因此,混凝土變色邊界處氯離子濃度隨混凝土堿度的增大而增大。由于混凝土堿度在很大范圍內(nèi)變化,可以預(yù)計變色邊界處氯離子濃度也會在很大范圍內(nèi)變化。假如堿度和變色邊界處氯離子濃度之間的關(guān)系能夠被建立,變色邊界處氯離子的濃度也就能夠確定了。初步研究發(fā)現(xiàn)變色邊界處氯離子濃度隨著混凝土的堿度升高而線性增大。2.2顯色溶劑濃度Otsuki等雖然采用了0.05,0.1,0.2,0.3mol/L以及0.4mol/L的硝酸銀溶液來檢測混凝土中氯離子遷移,最終他們發(fā)現(xiàn)0.1mol/L的硝酸銀溶液顯色最清晰,最適合作顯色指示劑。但是在這個研究中,他們僅僅考慮了幾種溶液濃度對顯色清晰度的影響,而沒有考慮溶液濃度對變色深度的影響。He等采用0.1mol/L和0.035mol/L硝酸銀溶液作指示劑測量變色邊界氯離子濃度發(fā)現(xiàn),0.1mol/L硝酸銀溶液測量的變色邊界氯離子濃度比0.035mol/L硝酸銀溶液測量的要大。當(dāng)硝酸銀的量增加時,對應(yīng)反應(yīng)的氯離子的量也要增加,隨硝酸銀溶液濃度增加變色邊界氯離子濃度增大,因此濃度大的硝酸銀溶液檢測的變色邊界氯離子濃度比濃度小的硝酸銀溶液檢測的要大。2.3壓濾法與其他分析方法的比較許多方法諸如壓濾法、水溶法、濾取法、離子色譜技術(shù)以及核磁共振等被用來分析氯離子含量。濾取法和水溶法相似,不同點(diǎn)是水溶法采用水作萃取劑,而濾取法采用氫氧化鈉堿溶液作萃取劑,這會把溶解平衡復(fù)雜化。離子色譜技術(shù)和核磁共振需要昂貴的設(shè)備。在這些分析方法中,壓濾法結(jié)果被認(rèn)為是最接近真實(shí)值。然而,這個方法需要特殊的設(shè)備,對于低水灰比的試件,很難得到足夠的孔溶液量來用以分析氯離子含量。目前,常用水溶法或壓濾法來測定硬化水泥混凝土孔溶液的化學(xué)組成。水溶法簡單,操作也方便,但是其需要壓濾法進(jìn)行校正,文獻(xiàn)得出水溶法分析出的氯離子濃度(Cw)與壓濾法分析出來的氯離子濃度(Cp)之間的關(guān)系為:Cw=1.83Cp。將文獻(xiàn)采用24組試件的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,可以得出Cw=1.79Cp。壓濾法對于混凝土孔溶液成分的分析結(jié)果與真實(shí)值接近。上述研究者采用其它一些方法分析自由氯離子含量時幾乎都沒有與壓濾法進(jìn)行比較,其差異程度無從得知。因此,水溶法可以作為一種有效的混凝土變色邊界氯離子含量的分析方法,該方法已經(jīng)被日本混凝土協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化為JISA1154–2003ㄢ2.4取樣方法和取樣厚度對變色邊界處氯離子濃度的影響因?yàn)榛炷潦且环N非均質(zhì)材料,諸如骨料和缺陷等因素會使得變色邊界顯得不規(guī)則。對于變色邊界分析時的取樣方法也許在很大程度上決定了變色邊界氯離子濃度的變異。即使變色邊界是規(guī)則的,取樣方法(干切或鉆樣)和取樣厚度也會影響變色邊界處氯離子濃度的分析,使用了不同的取樣方法和取樣厚度,也會影響分析結(jié)果。鉆孔僅僅取幾個點(diǎn)的粉末,而干切取整個表面的粉末,干切取樣法似乎比鉆孔取樣更科學(xué),更具有代表性。2.5氫氧根離子分布在實(shí)驗(yàn)室條件下,常通過自然擴(kuò)散或電遷移測試將氯離子引入混凝土。顯然,當(dāng)通過電遷移引入氯離子時,氫氧根離子也會和氯離子一起遷移。因此,電遷移和自然擴(kuò)散試件中的氫氧根離子分布是不同的。隨著氫氧根離子的增大,變色邊界氯離子濃度會增大??梢灶A(yù)計電遷移和自然擴(kuò)散后的混凝土試件的變色邊界氯離子的濃度是不同的。3硝酸銀顯色法的應(yīng)用3.1氯離子擴(kuò)散系數(shù)的計算丹麥的AEC實(shí)驗(yàn)室于1991年提出了表觀非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散法來測量混凝土的穩(wěn)態(tài)條件下的擴(kuò)散系數(shù),并在1994年成為北歐標(biāo)準(zhǔn)(NTBuild443)。該方法的理論依據(jù)是Fick第二定律。Fick第二定律的誤差函數(shù)的解如下:其中:C(x,t)為浸泡時間t和深度x的氯離子含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù));Cs為暴露表面處的邊界濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%);Ci為混凝土片的初始氯離子濃度,通常取零;xd為距暴露面的深度(m);Dapp為氯離子擴(kuò)散系數(shù)(m2/s);t為暴露時間(s);Ferf為誤差函數(shù)。Cs和Dapp的值是通過最小二乘法擬合方程(3)與切片分析法測量的氯離子含量來確定的。依據(jù)Tang的分析,僅當(dāng)不存在氯離子吸附或吸附為線性時,方程(3)所求的Dapp才有意義。實(shí)際上,在方程(3)中應(yīng)該使用自由氯離子濃度計算Dappㄢ這個方法需要大量的切削取樣和化學(xué)分析,是非常耗時和費(fèi)力的。假如硝酸銀顯色法測量出氯離子滲透深度和變色邊界氯離子濃度。方程(3)可以變?yōu)槠渲校簒d是硝酸銀顯色法測得的氯離子滲透深度;Cd是硝酸銀顯色法測得的變色邊界氯離子濃度。因此用硝酸銀顯色法就可以快速評價表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)。Collepardi等使用硝酸銀顯色法,借助于氯離子隨時間的滲透深度的變化關(guān)系,評估了氯離子的表觀擴(kuò)散系數(shù),在此評估中,他們將氯離子滲透深度xd用時間t的平方根來表示。Maultzsch用同樣的方法,在實(shí)驗(yàn)室條件下,借助于硝酸銀顯色法,確定曝露在氯化鈉溶液中達(dá)570d的試件表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)。Baroghel–Bouny等比較了切片分析法與硝酸銀顯色法測量非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散測試后的試件滲透深度、擴(kuò)散動力學(xué)差異,發(fā)現(xiàn)同一氯化鈉溶液浸泡的幾個試件的滲透深度與滲透時間的平方根有良好的線性關(guān)系,通過比較了方程(3)和方程(4)兩種方法用來計算擴(kuò)散系數(shù)的區(qū)別。在方程(3)中采用Tang采用的Cd/Cs值為0.14來計算氯離子擴(kuò)散系數(shù),發(fā)現(xiàn)兩種方法計算出的表觀擴(kuò)散系數(shù)吻合較好。3.2氯離子遷移系數(shù)非穩(wěn)態(tài)電遷移測試法北歐標(biāo)準(zhǔn)NTBuild492越來越多地應(yīng)用于評估混凝土抗氯離子滲透性。NTBuild492中采用的評價方法由Tang等提出,NTBuild492采用0.1mol/L硝酸銀溶液作顯示劑,測試經(jīng)非穩(wěn)態(tài)電遷移試驗(yàn)后的試件氯離子滲透深度,然后按照式(5)以及式(6)計算試件的氯離子非穩(wěn)態(tài)遷移系數(shù):其中:L為試件的厚度(m);xd是硝酸銀顯色法測得的氯離子滲透深度(m);Cd是硝酸銀顯色法測得的變色邊界氯離子濃度;Dnssm為非穩(wěn)態(tài)遷移系數(shù),m2/s;Z為離子化合價絕對值,氯離子取1;F為Faraday常數(shù),其值為9.648×104J/(V?mol);E=U–2,U為應(yīng)用電壓的絕對值(V);R氣體常數(shù),其值為8.314J/(K?mol);T為陽極溶液的初始溫度和終了溫度的平均值,K;t為測試時間(s);F-1erf為反誤差函數(shù);C0為陰極氯離子濃度,實(shí)驗(yàn)中采用的約為2mol/Lㄢ文獻(xiàn)報道了非穩(wěn)態(tài)電遷移測試法和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散法(切片分析法)測定的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)用兩種方法求得的非穩(wěn)態(tài)遷移系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)非常接近,但非穩(wěn)態(tài)電遷移測試法簡便且迅速。3.3混凝土受氯離子侵蝕危險評估通常認(rèn)為:混凝土中Cl–濃度小于0.4%為低風(fēng)險,0.4%~1%為中等風(fēng)險,而大于1%則為高風(fēng)險。Meck等對0.1mol/L的硝酸銀溶液作為工程現(xiàn)場顯色指示劑的可行性進(jìn)行了探討,認(rèn)為可以將0.1mol/L硝酸銀溶液用作工程現(xiàn)場指示劑,硝酸銀噴灑后變白色的區(qū)域可以被判斷為鋼筋混凝土受氯離子侵蝕的危險區(qū)域。然后可以用更靈敏和更復(fù)雜的方法來進(jìn)一步評估和劃分氯離子侵蝕危險等級。從Baroghel–Bouny等大范圍配比的混凝土試件的試驗(yàn)結(jié)果來看,變色邊界處自由氯離子濃度從沒超過0.4%,且甚至大多數(shù)的總氯離子濃度也沒有超過0.4%膠凝材料的質(zhì)量。因此假定,顯色法變色邊界以外的氯離子濃度是低于臨界侵蝕氯離子濃度的,只是低抗?jié)B性的混凝土需要進(jìn)一步進(jìn)行切片或微觀分析檢測來確定氯離子含量,以便進(jìn)行侵蝕評估。文獻(xiàn)中報道的變色邊界氯離子濃度為膠凝材料質(zhì)量的0.01%~1.69%,濃度范圍變化較大,用硝酸銀做工程現(xiàn)場指示劑,還需進(jìn)一步的研究。4應(yīng)用現(xiàn)實(shí)意義(1)硝酸銀顯色法,即AgNO3+K2CrO4法,AgNO3+熒光素法以及AgNO3法,其中AgNO3法最簡便,而且和其他兩種方法測試出的滲透深度具有相似性。硝酸銀顯色法能夠快速、簡捷的測試出

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論