现场预拌混凝土氯离子含量检测技术

专题论述

现场预拌混凝土氯离子含量检测技术

李阳权

（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

［摘要］混凝土是我国目前建筑施工使用的基础性材料，基于其强度大、可塑性强的特点，在建筑行业很受欢迎。本文通过对云桂铁路南盘江特大桥现场预拌混凝土中氯离子含量的检测及分析其对工程质量的影响，来说明其在施工中的重要性，通过相关介绍希望对类似工程控制氯离子量有所借鉴。

［关键词］预拌混凝土；氯离子检测；施工；重要性

［中图分类号］TU528 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2019）07-0102-03

Detection technology of chloride content in field pre-mixed concrete

LI Yang-quan

云桂铁路全长710km，其中云南境内长431.18km，为Ⅰ级双线电气化铁路，设计时速200～250km。其建成后，从昆明至南宁将由目前的12小时缩短为5小时左右，并分别在昆明、南宁与沪昆高铁、南广高铁相连，融入全国高铁网。云桂铁路南盘江特大桥位于红河哈尼族彝族自治州与文山壮族苗族自治州交界处，全长852.43m，最高桥墩102m，桥面到江面的高度达270m，主桥单跨达416m，在客货共线设计的同类型铁路桥梁中跨度居世界第一。该桥集国内外拱桥、斜拉桥、悬索桥、连续梁桥等桥型优点于一身，施工技术难度前所未有，几乎囊括了我国桥梁建设所有的顶尖 技术。

混凝土是现代建筑中最常用的一种建筑材料。混凝土容易受到氯离子的危害，对混凝土中氯离子的来源进行分析，掌握混凝土中氯离子的危害，落实有效的预防措施，能防止混凝土出现裂缝、变形等质量问题。本文结合云桂铁路南盘江特大桥梁工程，对预拌混凝土中氯离子的危害性进行了分析，并对氯离子检测方法进行了研究。

结构的耐久性，缩短建筑物的设计使用年限［1］，如图1所示。氯离子对钢筋混凝土耐久性的危害，不言而喻成为重大而迫切的焦点问题。

构件腐蚀到不安全程度钢筋腐蚀到不允许混凝土开始胀裂钢筋开始腐蚀t0t1t2t3图1 混凝土结构龄期

1.1 钢筋腐蚀导致混凝土质量下降

氯离子对混凝土中钢筋的锈蚀是对混凝土最大的破坏和负面影响。钢筋的腐蚀分为湿腐烛和干腐烛两种。钢筋在混凝土结构中的锈蚀是在有水分子的条件下发生的腐蚀，属湿腐蚀。钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程。使钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐渐被腐蚀。与此同时，在钢筋表面形成红铁锈，体积膨胀数倍，引起混凝土

DOI：10.14189/j.cnki.cm1981.2019.07.018［收稿日期］2019-03-21

［通讯地址］付磊，河北省唐山市丰润区光华道28号

1 氯离子对混凝土结构的影响及其含量检测的重要性

混凝土中氯盐腐蚀钢筋的机理是：游离氯离子与钢筋发生化学反应，引起钢筋锈蚀而膨胀，导致混凝土沿钢筋的位置出现裂缝，大大降低混凝土

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结构开裂。

1.2 降低抗化学侵蚀、耐磨性和强度

当混凝土中氯离子较大时，会降低混凝土抗化学侵蚀性和耐磨性以及抗折强度。其破坏机理也是因为氯离子对钢筋的锈蚀，致使混凝土膨胀、疏松，从而导致混凝土抗化学侵蚀、耐磨性和强度下降

［2］

。

1.3 影响混凝土耐久性

近些年来，含氯环境下混凝土中的钢筋腐蚀已逐渐成为国内外耐久性研究的重点。与碳化引起的钢筋腐蚀相比，氯离子引起的钢筋腐蚀一旦发生，在较短的时间内即可对混凝土结构造成严重破坏。因此，通常将钢筋开始腐蚀时间作为构件耐久性寿命的终结。含氯环境下混凝土中钢筋开始腐蚀的时间不仅与混凝土中氯离子的渗透过程有关，还与临界氯离子浓度有关，所以现在的混凝土规范、标准都对氯离子的浓度作了限制。

2 现行标准对氯离子含量的规定

2.1 混凝土

GB/T14902-2012《预拌混凝土》中对预拌混凝土中氯离子含量如表1的规定。

表1 混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量

（水泥用量的质量百分比/％）水溶性氯离子最大含量环境条件钢筋预应力混混凝土凝土素混凝土干燥环境0.30.061.0潮湿但不含氯离子的环境0.2潮湿而含有氯离子的环境、盐渍土环境0.1除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀环境0.062.2 原材料

（1）水泥。应符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求，氯离子含量不应大于0.06%。

（2）细骨料。细骨料应符合GB/T14684-2011《建筑用砂》、JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中规定的氯离子含量，其

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中，II级河砂、氯离子含量不应大于0.02%。

（3）水。应符合JGJ63-2006《混凝土用水标准》，见表2。

表2 混凝土拌合用水水质要求项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土Cl-/（mg/l）≤500≤1000≤35003 测试方法

3.1 规范测试方法3.1.1 相关规范

根据GB/Tl4902-2012《预拌混凝土》及JTJ270-1998《水运工程混凝土试验规程》中的相关规定，对现场预拌混凝土中的水溶性氯离子含量进行快速测定。本文以上述工程中采用的中铁十八局五公司混凝土预拌公司生产的商品混凝土为例，对具体测试过程加以说明。3.1.2 试验原理

用氯离子选择电极和甘汞电极置于液相中，测的电极电位E与液相中氯离子浓度C的对数呈线性关系即E=K-0.0591gC。因此，可根据测得的电极电位值来推算出氯离子浓度。3.1.3 仪器设备

氯离子选择电极：测量范围：5×10-5～10-

2mol/L；PH范围：2～12；相应时间：≤2min；温度范围：5℃～35℃。

参比电极：饱和甘汞电极，盐桥充KNO30.1mol/L或NaNO3溶液0.1mol/L。

电位测量仪器：分辨值为MV的酸度计、恒电位仪、伏特计或电位差计，输入阻抗不小于7MΩ。3.1.4 试验步骤

3.1.4.1 建立电位-氯离子浓度关系曲线

（1）把氯离子选择电极放入由蒸馏水（或去离子水）配置的NaCl溶液0.001mol/L中活化2h；

（2）用蒸馏水（或去离子水）配置5.5×10-3

mol/L和5.5×10-4mol/L两种NaCl标准溶液，各250mL；

（3）将氯离子选择电极和甘汞电极（通过盐桥），插入20℃±2℃的两种NaCI标准溶液中，

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SURVEYING

专题论述

经2min后用电位测量仪测量两电极之间的电位值（见图2）。将两值标点在E-IgC半对数坐标上，其连接线即为电位—氯离子浓度关系曲线。

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4

2

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31.电位测量仪 2.氯离子选择电极

3.被测液 4.盐桥 5.KCl落液 6.甘采电极

图2 测量示意图

3.1.4.2 检测氯离子含量是否超标

检测混凝土的氯离子含量是否超过规范规定的允许值时，应制备氯离子浓度允许限制的标准溶液250mL。标准溶液的NaCI浓度按下式计算

CNaCl=K/3.55β （1）

式中 CNaCl——NaCl标准溶液的浓度（mol/L）；

K——规范规定的氯离子浓度允许限值（％）；

β——混凝土的水灰比。

按前述同样步骤测的20标准溶液的电极电 位值。

注：氯离子浓度允许限制值K按水泥用量计。3.1.4.3 混凝土拌合物中的氯离子含量测定

（1）把氯离子选择电极放入蒸馏水（或去离子水）配置的0.001moI/LNaCl溶液中活化1h；

（2）从混凝土拌合物中取出600g左右砂浆放入烧杯中，量测温度，插入氯离子选择电极和甘汞电极（通过盐桥），测定其电位并进行温度校正；

（3）从E-IgC曲线推算得相应拌合水的氯离子浓度。

3.1.5 试验结果计算

混凝土氯离子含量按下式计算

Pc=Pc=C-cl

×β÷1000×35.5×100% （2）

式中 PC——混

凝土拌合物中氯离子含量，以水泥104

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重计（%）；

C-cl——相应拌合水中氯离子浓度（mol/L）；

β——混凝土的水灰比。

检验混凝土的氯离子含量是否超过规范规定允许限量时，将测得电位值经温度矫正后与相应氯离子允许限量标准溶液中电位值相比较。若前者较后者小，表明其氯离子含量已超

过规范允许值。3.2 氯离子含量测定仪

上面3.1中阐述的检测方法为规范上快速测定现场氯离子浓度的方法，目前现场经常采用的是氯离子含量测定仪。

本仪器遵循GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》、JGJ206-2010《海砂混凝土应用技术规范》、JTJ270-1998《水运工程混凝土试验规程》等相关标准制造，采用离子选择电极法，通过配备的专业软件及化学抗干扰试剂在室温下快速测定混凝土、砂石子、水泥、拌合水等无机材料的水溶性氯离子含量，从而达到防控混凝土钢筋发生

过早腐蚀的目的。本仪器重量轻，机身小巧，便于用户携带，适合现场检测。氯离子浓度量测范围10-5～10-

1mol/L或0.0001%～30.00%

该仪器测试方法：首先确定检测环境温度是否满足试验条件温度0℃～40℃；先用标准NaCl溶液对测试仪器进行标定；当混凝土罐车中的混凝土卸掉1/3时，接取部分混凝土，并用4.75mm的方孔筛进行筛选，去除石子，保留砂浆；用混凝土氯离子快速测定仪测试砂浆中的氯离子摩尔浓度；通过内置公式的运算，推算出氯离子百分比含量内置公式：氯离子含量=氯离子摩尔浓度×水胶比×35.5÷1000×100。

下面以中铁十八局五公司混凝土预拌公司的标号C35的混凝土氯离子含量测试过程进行说明。该标号的商品混凝土水胶比为0.5；图纸设计要求值为≤0.06（%）；现场测试温度为29℃，满足测试要求；经过上述试验步骤测得混凝土中氯离子摩尔浓度为0.01034mol/L。

计算氯离子含量（％）=0.01034×0.5×35.5÷1000×100=0.018<0.06，符合设计要求。

（下转第109页）

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32.5沉降变形/mm21.510.50沉降值（2）竖向斜撑对控制基坑围护结构变形有着较为显著的作用。

（3）为保证施工的安全性，施工单位应编制应急预案，并委托有经验的第三方监测单位进行全程监测，确保地铁运营安全。

［参考文献］

［1］郭磊. 新建基坑工程对既有地铁车站的影响及对策

［J］. 铁道工程学报，2015，32（2）：109-112．［2］伍尚勇，杨小平，刘庭金，等. 双侧深基坑施工对紧

邻地铁隧道变形影响的分析［J］. 岩石力学与工程学报，2012，31（S1）：3452-3458．

［3］韩映忠，邓继键，唐仁，等. 基坑开挖对邻近地铁隧

道变形的影响分析［J］. 广州大学学报（自然科学版），2014，13（5）：61-66.

［4］胡爱宇，喻骁，宗兰，等. 基坑开挖对地铁隧道影

响的PLAXIS3D数值分析［J］. 江苏建筑，2016（5）：78-81．

［5］胡宏斌. 三维有限元模拟分析深基坑施工对相邻地

铁结构的影响［J］. 市政技术，2013，31（6）： 147-149，152．

［6］杨卓，吴剑波，赵一臻，等. 地铁深基坑开挖对紧邻

建筑影响的有限元模拟与监测研究［J］. 建筑科学与工程学报，2016，33（2）：121-126．

4 结束语

本文针对基坑工程开挖进行了施工过程的数值模拟分析，并依据规范建立了合理的地铁结构安全评估标准。经MIDAS GTS NX软件模拟，得到了联络线隧道的水平、竖向变形与沿隧道走向的差异沉降量，并给出了合理的评价，对工程安全有着指导作用。

（1）该基坑工程在正常施工条件下会对临近的地铁结构产生一定的影响，采取相应措施后，联络线隧道在所有工况下的位移量均未超过安全评估控制值。（上接第104页）3.3 新老测试方法的比较

新的测试方法使用的仪器质量轻，机身较小，易于携带，适用于现场检测使用，但目前只是用于氯离子浓度在105～10Imol/L或0.0001%～30.00%之间的检测。老的测试方法需要现场临时配置的溶液较多，操作复杂，但其精确度高，工地试验室使用。

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图11 隧道长度与沉降变形曲线

的科研和发展积累了宝贵经验。

混凝土中的氯离子（超过限量）是导致钢筋锈蚀的主要原因。钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的重要因素，也是当前最突出的工程问题之一。本文通过对云桂铁路南盘江特大桥现场预拌混凝土中氯离子含量的检测及分析其对工程质量的影响，来说明其在施工中的重要性，通过相关介绍希望对类似工程控制氯离子量有所借鉴。

［参考文献］

［1］于方，杨海成，范志宏，熊建波，王胜年. 早期硬化

混凝土中氯离子含量检测方法对比研究［J］. 施工技术，2018（S4）：368-371.

［2］吴金龙，丁华柱，陈源伟，陈伟，万晶，张植，肖

涵，李海卿. 混凝土耐久性能评价指标、检测和评价方法［J］. 商品混凝土，2018（11）：1-5.

4 结束语

南盘江特大桥桥梁建设中先后攻克了体积高达3.2万m3的拱座大体积混凝土防裂缝施工、大吨位劲性骨架制作安装、大高差条件下钢管内C80高性能混凝土抽真空压注等12项世界级技术难题，取得了40多项科技创新成果，填补了多项国内外技术空白。该桥获2016年度中国施工企业管理协会科学技术奖科技创新成果特等奖，为我国特殊结构桥梁

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