GB/T 42272—2022水泥膠砂氯離子擴散系數(shù)檢測方法

The method for determining the chloride diffusion coefficient for cement mortar

 1 范圍

本文件規(guī)定了水泥膠砂氯離子擴散系數(shù)檢測方法的儀器設(shè)備、材料、試驗室條件、試體成型、試體養(yǎng) 護、氯離子擴散系數(shù)檢測、試驗結(jié)果與處理、檢測允許偏差和性能評價。

本文件適用于通用硅酸鹽水泥、海工硅酸鹽水泥及其他指定采用本文件的水泥。

2 規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文 件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于 本文件。

GB175   通用硅酸鹽水泥

GB/T 6682 分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法

GB/T17671   水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法 )

JC/T 681 行星式水泥膠砂攪拌機

JC/T723   水泥膠砂振動臺

JC/T726   水泥膠砂試模

3  術(shù)語和定義

本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。

4 方法概要

將按固定灰砂比和水灰比成型并養(yǎng)護至28 d 的水泥膠砂試體，在真空飽鹽設(shè)備負壓條件下靜置一 定時間后，在一定濃度的氯化鈉(NaCl) 溶液中浸泡18 h。 將試體擦干后，通過檢測試體電導率，基于 Nernst-Einstein 方程計算得到水泥膠砂氯離子擴散系數(shù)。

5 儀器設(shè)備

5.1 水泥膠砂攪拌機

應(yīng)符合JC/T 681的規(guī)定。

5.2 水泥膠砂振動臺

應(yīng)符合JC/T 723的規(guī)定。

5.3 試模

試模由隔板、端板、底板、緊固裝置及定位銷組成，如圖1所示。試模可同時成型3條100mm×100mm×50mm試體且可拆卸。試模總質(zhì)量為(8.75±0.25)kg, 其他技術(shù)要求應(yīng)符合JC/T  726 的規(guī)定。 

單位為毫米

標引序號說明：

1——隔板；

2——端板；

3——緊固裝置；

4——底座；

5——定位銷。

圖 1 水泥膠砂試模結(jié)構(gòu)示意圖

5.4  下料漏斗

漏斗整體材質(zhì)宜為鍍鋅板，厚度為(0.5±0.1)mm。 漏斗模套及其緊固卡臂材質(zhì)應(yīng)為45號鋼，厚度

為12mm。  下料漏斗結(jié)構(gòu)和規(guī)格要求如圖2所示。

單位為毫米   

標引序號說明：

1 —— 漏斗；

2——模套；

3——緊固卡臂。

圖 2  下料漏斗結(jié)構(gòu)示意圖

5.5 天平

最大量程不小于2000g, 分度值不大于1g。

5.6  真空飽鹽裝置

5.6.1 基本組成

主要由飽鹽容器和真空泵及其控制裝置等部分組成，基本結(jié)構(gòu)如圖3所示 

標引序號說明：

1——進/出水口；

2——抽氣口；

3——飽鹽容器；

4——氯化鈉溶液；

5——試體；

6——真空泵及其控制裝置。

圖 3  真空飽鹽裝置結(jié)構(gòu)示意圖

5.6.2  飽鹽容器

容器材質(zhì)應(yīng)為304等級以上不銹鋼或玻璃材質(zhì)，且容器密封性應(yīng)良好，并通過閥門與真空泵相連。

5.6.3  真空泵及其控制裝置

應(yīng)保證飽鹽容器內(nèi)部負壓維持在-0.080 MPa～-0.085MPa。

5.7  水泥氯離子擴散系數(shù)檢測裝置

應(yīng)符合附錄 A 的有關(guān)規(guī)定。

6  材料

6.1 標準砂和試驗用水

符合GB/T 17671的規(guī)定。

6.2  氯化鈉(NaCl) 溶液

用不低于分析純的氯化鈉與不低于GB/T 6682中要求的三級水配制，溶液濃度為4mol/L。

 7  實驗室條件

 實驗室溫度、相對濕度要求應(yīng)符合GB/T 17671 的規(guī)定。氯離子擴散系數(shù)檢測時實驗室相對濕度應(yīng)不小于60%。

8 水泥膠砂組成與成型

8.1 每組水泥膠砂需準確稱取水泥(900±2)g,中國ISO標準砂兩小袋共(2700±10)g,水灰比為0.5。 中國 ISO 標準砂應(yīng)符合 GB/T 17671的規(guī)定。摻火山灰質(zhì)混合材料的普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸 鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥成型時，水泥膠砂流動度應(yīng)不小于180mm; 否則，應(yīng)按 GB 175有關(guān)規(guī)定調(diào)整相應(yīng)加水量。

8.2 水泥膠砂攪拌按GB/T17671的規(guī)定進行。攪拌過程中可進行人工輔助加砂。

8.3 成型前先將試模和下料漏斗卡緊在振動臺中心。再將攪拌好的膠砂分兩次填入試模中。第一次 將約一半物料填入試模中，開啟振動臺振動(120±5)s;然后將余下物料加入試模中再振動(120±5)s。

8.4 振動完畢后取下試模，按GB/T17671 中的規(guī)定刮平試體，標明試體編號。

9 試體養(yǎng)護

試體養(yǎng)護按GB/T17671 的規(guī)定進行，養(yǎng)護齡期為28 d。

10 氯離子擴散系數(shù)檢測

10.1 檢測前準備

10.1.1  氯化鈉(NaCl) 溶液配制

氯離子擴散系數(shù)檢測前應(yīng)先配制氯化鈉溶液(4 mol/L), 且每次試驗需制備10L 以上。每升氯化 鈉溶液的配制，需將準確稱取的234 g 氯化鈉(NaCl) 置于燒杯中，加水溶解后轉(zhuǎn)移至1 L 容量瓶中，用 水稀釋至刻度，搖勻。溶液配制好后需在(20±2)℃溫度下靜止8 h。

10.1.2 試體飽鹽

將養(yǎng)護至齡期的待測試體垂直放在飽鹽容器內(nèi)，加蓋密封并開啟真空飽鹽裝置，啟動真空泵，打開氣路閥門，使其在-0.080 MPa～-0.085MPa壓力下抽吸4 h。 然后，關(guān)閉氣路，開啟水路，使飽鹽容器吸入配制好的氯化鈉(NaCI)溶液，至液面距試體上表面高度不少于2cm。 然后，關(guān)閉水路，再開啟氣路并 在一0.080MPa～-0.085MPa壓力下抽吸2h,并保持飽鹽容器壓力恒定在一0.080 MPa～—0.085MPa, 讓試體在氯化鈉溶液中靜置18h。

10.1.3 表面處理

檢測前用潮濕潔凈毛巾輕輕擦除試體測試區(qū)上下表面多余水分，使其表面沒有明顯溶液；同時用干 毛巾或紙巾輕輕擦干試體側(cè)壁。

10.2  氯離子擴散系數(shù)檢測

將飽鹽后待測試體放在測試電極中間，并確保電極與試體表面緊密接觸。開啟符合附錄A要求的氯離子擴散系數(shù)自動檢測裝置進行檢測。擴散系數(shù)檢測裝置通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理會自動計算氯離 子擴散系數(shù)。在測試過程中，每塊試體檢測應(yīng)在15 min 內(nèi)完成。如果檢測系統(tǒng)出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，查明 原因后可重新進行以上操作。

11 試驗結(jié)果與處理

11.1 試驗結(jié)果

擴散系數(shù)檢測結(jié)果由檢測系統(tǒng)直接計算出來，檢測結(jié)果精確至0.01×10^-12m2/s。

11.2 結(jié)果處理

以3塊試體檢測結(jié)果的平均值為氯離子擴散系數(shù)最終檢測結(jié)果。若3塊試體中有1塊檢測結(jié)果與 平均值相對偏差超過10%時，應(yīng)以余下2塊試體結(jié)果平均值作為最終檢測結(jié)果；若有2塊試體檢測結(jié) 果與平均值偏差大于10%時，則需重新進行檢測。

12  檢測方法允許偏差

12.1  重復(fù)性

同一樣品由同一實驗室、同一操作人員用相同設(shè)備短時間內(nèi)檢測結(jié)果的相對允許偏差不應(yīng)超過10%。

12.2 再現(xiàn)性

同一樣品由不同實驗室、不同人員用不同設(shè)備檢測結(jié)果的相對允許偏差不應(yīng)超過20%。

13  水泥膠砂氯離子滲透性能評價

水泥膠砂抗氯離子滲透能力可按表1進行評價。

表 1 水泥膠砂抗氯離子滲透性能評價

附 錄  A

(規(guī)范性)

水泥氯離子擴散系數(shù)檢測裝置

A.1 基本結(jié)構(gòu)

檢測裝置主要由測試電極、直流穩(wěn)壓電源、電壓和電流數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)幾部分組成，其基本結(jié) 構(gòu)如圖 A.1 所示。

標引序號說明：

1——測試電極；

2——待測試體；

3——直流穩(wěn)壓電源；

4——數(shù)據(jù)采集與處理裝置。

圖 A.1  氯離子擴散系數(shù)檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖

A.2 技術(shù)要求

A.2.1 測試夾具

測試夾具由絕緣材料制成，具有上下對中的兩個紫銅電極，或者為左右對中且?guī)в腥芤翰鄣膬?/span>個有 機玻璃體，溶液槽直徑為φ50mm, 中間固定有直徑φ(50±0.1)mm  銅板電極，溶液槽內(nèi)裝滿4mol/L  氯化鈉溶液，溶液槽與接線端口相連。兩個紫銅電極或有機玻璃體的間距可以調(diào)整，以便于取放試體。

A.2.2  測試電極

測試電極應(yīng)為紫銅材料制成，表面需經(jīng)拋光處理，其直徑為φ(50±0.1)mm, 厚度(25±0.5)mm。

當測試夾具為帶有溶液槽的有機玻璃體時，測試電極為直徑更(50±0.1)mm  表面穿孔的銅電極板，厚 度(0.5±0.1)mm。

A.2.3 直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源0V～10V,  電壓可自動進行調(diào)節(jié)。

A.2.4  測試電壓

測試電極兩端電壓0V～10V,  精確到±0.1V。

A.2.5  測試電流

測試電流范圍0 mA～300 mA,精確到±0.1mA。

A.2.6    儀器校準

試體檢前或儀器設(shè)備出現(xiàn)故障時應(yīng)進行儀器校準。儀器校準時，將0.1%精度標稱阻值為300Ω、 1000Ω和2000Ω的精密電阻依次接入檢測設(shè)備的測試端，測試電壓和測試電流精度應(yīng)滿足本文件要求。

A.2.7    數(shù)據(jù)采集與處理方法

在檢測過程中，檢測裝置的測試電壓應(yīng)控制在0V～10V 范圍內(nèi)，以每分鐘增大1V  的頻率檢測 通過試體的電流，且有效電流檢測數(shù)目應(yīng)不少于9個，測試電壓與電流應(yīng)有良好的線性關(guān)系。檢測裝置 能自動采集和保存測試電壓與電流數(shù)據(jù)。檢測結(jié)束后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按公式(A. 1)   自動計算試體氯離 子擴散系數(shù)，并顯示計算結(jié)果。每塊試體的檢測結(jié)果以與平均值偏差在5%以內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)的平均值計算。

 … … … … … … … … … … … …(A. 1)

式中：

D_i          氯離子擴散系數(shù)，即單位時間單位面積上氯離子通過數(shù)量，單位為平方米每秒(m2/s); R   ——氣體常數(shù)，8.314,單位為焦耳每摩爾開(J/mol ·K);

T   ——環(huán)境溫度，單位為開(K);  如環(huán)境溫度為25℃,T=273    K+25    K=298    K;

σ_i——   試件的電導率，單位為西門子每米(S/m);

Z_i—— 粒子電荷數(shù)或價數(shù)；

F——Faraday常數(shù)，為96500庫每摩爾(C/mol);