TC01水泥《水泥基材料氯離子擴(kuò)散系數(shù)檢驗(yàn)方法》-編制說(shuō)明（征求意見(jiàn)稿）

1、工作簡(jiǎn)要過(guò)程，來(lái)源、主要參加單位和工作組成員等：

1）工作的簡(jiǎn)要過(guò)程

2018年年初，標(biāo)準(zhǔn)制定小組開(kāi)始進(jìn)行調(diào)研以及樣品的收集工作。

2018年6月開(kāi)始試驗(yàn)驗(yàn)證工作，于2019年6月形成標(biāo)準(zhǔn)草稿，并于

2019年7月申請(qǐng)立項(xiàng)。

2019年11月8日在四川樂(lè)山召開(kāi)了《水泥基材料氯離子擴(kuò)散系

數(shù)檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)。參加會(huì)議的有標(biāo)委會(huì)委員、大專(zhuān)院校、及

生產(chǎn)和使用單位的28位專(zhuān)家和代表，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了認(rèn)真的審定工作

后一致決定該標(biāo)準(zhǔn)審查通過(guò)，予以立項(xiàng)。會(huì)后根據(jù)審查專(zhuān)家的意見(jiàn)和

建議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿和編制說(shuō)明進(jìn)行了修改，于2020年11月形成了標(biāo)

準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿和標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿編制說(shuō)明。

2）項(xiàng)目來(lái)源：

在2019年11月8日中國(guó)建材集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)水泥

技術(shù)委員會(huì)工作會(huì)議上，《水泥基材料氯離子擴(kuò)散系數(shù)檢驗(yàn)方法》標(biāo)

準(zhǔn)通過(guò)了中國(guó)材料與試驗(yàn)用團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（CSTM）建筑材料領(lǐng)域委

員會(huì)水泥技術(shù)委員會(huì)的立項(xiàng)審查，批準(zhǔn)由華南理工大學(xué)、華潤(rùn)水泥技

術(shù)研發(fā)有限公司與中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司等單位承擔(dān)

該標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

3)主要參加單位和工作組成員

主要參加單位：華南理工大學(xué)、華潤(rùn)水泥技術(shù)研發(fā)有限公司、中

國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司、武漢理工大學(xué)、濟(jì)南大學(xué)。

工作組成員：

成員姓名所在單位專(zhuān)業(yè)方向電話郵箱

concyuq@.c

余其俊(組長(zhǎng))材料/p>

n

mstszhang@

張同生材料/p>

華南理工大.cn

學(xué)msyqguo@.c

郭奕群材料/p>

n

韋江雄材料x(chóng)wei@

華潤(rùn)水泥技

劉向陽(yáng)術(shù)研發(fā)有限材料zdfrl@126.com

公司

中國(guó)建筑材

刁桂芝材料iaoguizhi@126.com

料科學(xué)研究

總院有限公

張洪滔水htcbma@163.com

司

武漢理工大raomeijuanding@163

饒美娟材料/p>

學(xué).com

杜鵬材料se_dup@

濟(jì)南大學(xué)

mse_luxl@.c

盧曉磊材料/p>

n

2、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

1）標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況

（1）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

本標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)應(yīng)用于對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)有要求的場(chǎng)

合或服役于海洋環(huán)境的水泥基材料。

海洋環(huán)境中水泥混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命主要受水泥基材

料的抗氯離子侵蝕性能影響，而其根本決定性因素為水泥基

材料的抗氯離子侵蝕能力，通常由氯離子擴(kuò)散系數(shù)表征?，F(xiàn)

有離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)包括針對(duì)混凝土的GB/T50082《普

通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》與針對(duì)水泥的

JC/T1086《水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)檢驗(yàn)方法》，其中由于粗骨

料及遠(yuǎn)高于實(shí)際應(yīng)用的水灰比（0.5）的影響，同時(shí)測(cè)試過(guò)

程的試件表面處理方式容易導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定，因此上述

方法難以準(zhǔn)確反映水泥基材料的抗氯離子侵蝕能力。

（2）方法標(biāo)準(zhǔn)

本標(biāo)準(zhǔn)涉及主要儀器設(shè)備水泥基材料氯離子擴(kuò)散系數(shù)

測(cè)定裝置，由測(cè)試電極、直流穩(wěn)壓電源、電壓和電流數(shù)據(jù)采

集與處理系統(tǒng)組成。測(cè)試電極應(yīng)為紫銅材料制成，表面需經(jīng)

拋光處理。直流穩(wěn)壓電源需在0-10V范圍內(nèi)連續(xù)、自動(dòng)可調(diào)。

電壓和電流數(shù)據(jù)采集應(yīng)分別精確到±0.1V與±1mA。

2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由；

本標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)方法的確定，除了參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)外，

編制單位還進(jìn)行了大量試驗(yàn)驗(yàn)證，并在對(duì)驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜

合分析基礎(chǔ)上最后確定的。

氯離子擴(kuò)散系數(shù)能夠快速地對(duì)水泥基材料在海洋環(huán)境

下的抗侵蝕性能進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究與工程

實(shí)際。表征氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法主要包括快速氯離子遷移

法與飽鹽電導(dǎo)率法。由于低強(qiáng)度等級(jí)水泥基材料毛細(xì)吸水作

用顯著，易導(dǎo)致氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果偏高，而電遷移測(cè)

試時(shí)需對(duì)試樣兩端長(zhǎng)時(shí)間施加高電壓，導(dǎo)致陽(yáng)極與陰極溶液

的離子濃度時(shí)刻變化，難以滿足Nernst-Plank方程的成立

前提（粒子濃度保持不變的稀電解質(zhì)溶液）。而飽鹽電導(dǎo)率

法（Nel法）在電遷移過(guò)程中無(wú)需使用電極電解質(zhì)溶液，且

兩端電壓不超過(guò)10V，此外通電時(shí)間短（不超過(guò)15分鐘），

因此可忽略電極反應(yīng)與電解質(zhì)濃度波動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，

可用于測(cè)定各強(qiáng)度等級(jí)水泥基材料的離子擴(kuò)散系數(shù)，尤其是

高性能水泥基材料。采用飽鹽電導(dǎo)率法（Nel法）確定氯離

子擴(kuò)散系數(shù)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，水泥基材料水灰比恒定為0.5，

進(jìn)行改性硅酸鹽水泥或其他特種水泥測(cè)試時(shí)容易出現(xiàn)成型

困難的情況，而電遷移測(cè)試前的試件表面處理方式也易導(dǎo)致

外加電流的雜亂分布，進(jìn)而使測(cè)試結(jié)果波動(dòng)性增大。

準(zhǔn)確、穩(wěn)定地進(jìn)行氯離子擴(kuò)散系數(shù)評(píng)價(jià)是海洋工程用高

抗蝕水泥基材料的設(shè)計(jì)與優(yōu)化的重要依據(jù)，制訂水泥基材料

氯離子擴(kuò)散系數(shù)檢驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)也是高抗蝕水泥基材料生

產(chǎn)與工程應(yīng)用的必然需求。

（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則。

既要具有可靠性和科學(xué)性，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確表征水

泥基材料的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，又應(yīng)盡量簡(jiǎn)化試驗(yàn)操作過(guò)程。

3、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)地說(shuō)明

采用該標(biāo)準(zhǔn)的目的、意義，采用標(biāo)準(zhǔn)程度及理由，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

同被采用標(biāo)準(zhǔn)、和/或與國(guó)際、國(guó)外同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的主要差異及

其原因，或與測(cè)試的國(guó)外樣品的有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況等。

1）成型用水灰比的確定

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)通常是在0.5水灰比條件下進(jìn)行硅酸鹽水泥的

性能測(cè)試，因?yàn)榉勖夯?、粒化高爐礦渣等輔助性膠凝材料具

有一定減水作用，而鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等特種水泥

需水量小，固定水灰比為0.5容易導(dǎo)致新拌水泥基材料泌水。

然而使用高比表面積膠凝材料時(shí)，固定水灰比為0.5又極易

出現(xiàn)流動(dòng)度低以至難以成型的情況?？紤]到常規(guī)施工技術(shù)對(duì)

水泥基材料工作性能的要求，可以以0.5水灰比的硅酸鹽水

泥砂漿流動(dòng)度為參照，通過(guò)步進(jìn)方法確定試件成型用水灰比。

水泥基材料攪拌完成后，立即進(jìn)行砂漿流動(dòng)度測(cè)試，測(cè)試過(guò)

程應(yīng)符合GB/T2419中相關(guān)規(guī)定。當(dāng)砂漿流動(dòng)度小于200mm

或大于220mm時(shí)，應(yīng)該按照0.01的整數(shù)倍調(diào)整水與膠凝材

料的質(zhì)量比，直至砂漿流動(dòng)度在200至220mm范圍內(nèi)。

2）儀器設(shè)備

水泥基材料氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定裝置，由測(cè)試電極、直

流穩(wěn)壓電源、電壓和電流數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成。測(cè)試電

極應(yīng)為紫銅材料制成，表面需經(jīng)拋光處理。直流穩(wěn)壓電源需

在0-10V范圍內(nèi)連續(xù)、自動(dòng)可調(diào)。電壓和電流數(shù)據(jù)采集應(yīng)分

別精確到±0.1V與±1mA。

3）試件表面處理方式

試件表面與電極直接接觸，試件表面狀態(tài)與導(dǎo)電面積密

切相關(guān)，進(jìn)而直接影響測(cè)試結(jié)果。當(dāng)表面存在富余溶液時(shí)，

電流仍能通過(guò)不與電極接觸的試體區(qū)域進(jìn)行傳導(dǎo)，而富余溶

液存在位置的隨機(jī)性也將大大提高測(cè)試結(jié)果的離散性。采用

干布擦拭試體表面兩次，將吸水紙覆蓋于試體表面，并將鋼

尺近乎水平置于吸水紙上，并沿試體邊長(zhǎng)方向慢慢向另一端

移動(dòng)，吸水紙上無(wú)肉眼可見(jiàn)水漬即視為表面處理完成。若存

在水漬，即重復(fù)干布擦拭與吸水紙檢驗(yàn)步驟，直至吸水紙上

無(wú)肉眼可見(jiàn)水漬。

4）電遷移試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)開(kāi)啟氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定裝置，并立即將待

測(cè)砂漿試體放在測(cè)試電極中間進(jìn)行檢測(cè)，此過(guò)程中保持電極

與試體側(cè)面(100mm×100mm)接觸。在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中測(cè)定裝

置將0~10V電壓范圍內(nèi)，以每1min測(cè)試電壓增大1V頻率

檢測(cè)不同電壓下通過(guò)試體的電流值，測(cè)試點(diǎn)不少于5個(gè)，且

不同測(cè)試點(diǎn)處電壓與電流間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。每塊試

體檢測(cè)宜在15min內(nèi)完成。

5）結(jié)果計(jì)算與處理

電遷移試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電壓與電流值，

根據(jù)Nernst-Einstein方程計(jì)算水泥基材料的氯離子擴(kuò)散系

數(shù)。

????

22

??=?????

式中：——氯離子擴(kuò)散系數(shù)，即單位時(shí)間單位面積

2

上氯離子通過(guò)??數(shù)量，單位為平方米每秒(m/s)；

——?dú)怏w常數(shù)，取8.314焦耳每摩爾開(kāi)(J/molK)；

?——絕對(duì)溫度，單位為開(kāi)(K)；?

?——粒子偏電導(dǎo)率，單位為西門(mén)子每米(S/m)；

??——粒子電荷數(shù)或價(jià)數(shù)；

??——Faraday常數(shù)，取96500庫(kù)每摩爾(c/mol)；

?——粒子濃度，即所用鹽溶液氯離子濃度，單位為摩

爾每升??（mol/L）。

計(jì)算結(jié)果精確至1×10-14m2/s，且保留至整數(shù)位。每塊試

體的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，是檢測(cè)數(shù)據(jù)中與平均值偏差在5%以內(nèi)

數(shù)據(jù)進(jìn)行平均作為檢測(cè)結(jié)果;以三塊平行試體中相對(duì)偏差在

15%以內(nèi)的檢測(cè)結(jié)果平均值，作為該水泥樣品氯離子擴(kuò)散系

數(shù)最終檢測(cè)結(jié)果。若三塊試體中有兩組試體檢測(cè)結(jié)果與平均

值偏差大15%，則需重新進(jìn)行檢測(cè)。

4、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容（包括牌號(hào)、成分、性能指標(biāo)、型號(hào)、各

種參數(shù)、公式、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等）確定的論據(jù)（包

括試驗(yàn)、驗(yàn)證、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等），修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)列有新舊標(biāo)

準(zhǔn)的對(duì)比分析。

本標(biāo)準(zhǔn)不涉及采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。

5、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報(bào)告、技術(shù)經(jīng)濟(jì)

論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果等。

1）驗(yàn)證試驗(yàn)樣品概況

我們對(duì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥進(jìn)行充分調(diào)研的基

礎(chǔ)上，選擇了市場(chǎng)上具有代表性的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了驗(yàn)證，樣

品總數(shù)共15個(gè)。樣品來(lái)自于8個(gè)單位，包括水泥生產(chǎn)廠家

和科研院所，涵蓋了國(guó)內(nèi)規(guī)模最大和技術(shù)最先進(jìn)的制造企業(yè)

及一般企業(yè)和科研院所最新獲得的研究成果，所收集樣品具

有代表性，由標(biāo)準(zhǔn)編制單位華南理工大學(xué)與華潤(rùn)水泥技術(shù)研

發(fā)有限公司進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，重復(fù)性和再現(xiàn)性良好。

2）驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果和分析

標(biāo)準(zhǔn)編制組依據(jù)水泥砂漿流動(dòng)度確定成型用水灰比，再

分別采用JC/T1086與本標(biāo)準(zhǔn)草案對(duì)收集的水泥樣品在不同

齡期的氯離子進(jìn)行了試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證水泥基材料

氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

表1為不同水泥樣品的成型水灰比和砂漿流動(dòng)度，表2

為采用JC/T1086與本標(biāo)準(zhǔn)草案所得的水泥樣品氯離子擴(kuò)散

系數(shù)及其相對(duì)偏差，圖1為兩種測(cè)試依據(jù)的結(jié)果精密度對(duì)比。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在規(guī)定的砂漿流動(dòng)度范圍（200mm-220mm）

內(nèi)，不同水泥樣品的水灰比分布在0.39至0.57之間，其中

60%樣品的水灰比不小于0.50，而僅有13%樣品的水灰比小

于0.45。與依據(jù)JC/T1086所得的氯離子擴(kuò)散系數(shù)及其相對(duì)

偏差相比，采用本標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行測(cè)試所得氯離子擴(kuò)散系數(shù)基

本一致，但相對(duì)偏差顯著減小，說(shuō)明測(cè)試結(jié)果的精密度提高

（圖1）。采用控制新拌水泥砂漿流動(dòng)度成型水泥砂漿試樣，

再確保試樣表面狀態(tài)穩(wěn)定性后進(jìn)行飽鹽電導(dǎo)率測(cè)試，是提升

氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性的適宜手段。

表1不同水泥樣品的成型水灰比和砂漿流動(dòng)度

水泥編號(hào)ABCDEFGHIJKLMNO

水灰比0.420.470.390.530.500.500.560.480.530.510.570.500.460.450.55

流動(dòng)度

208212202215213210218207211213215209208214220

(mm)

表2采用JC/T1086與本標(biāo)準(zhǔn)草案所得的水泥樣品氯離子擴(kuò)散系數(shù)，10-14m2/s

氯離子擴(kuò)散系數(shù)

水泥編號(hào)JC/T1086本標(biāo)準(zhǔn)草案

平均值(10-14m2/s)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(%)平均值(10-14m2/s)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(%)

A18312.31726.7

B13210.41075.1

C778.6433.1

D6314.1565.2

E8512.1673.9

F1849.41523.4

G2679.22543.4

H1246.31212.6

I1405.11312.0

J1779.41653.5

K27414.4286