海砂中氯離子的測定方法及影響因素探析

徐蒞春

（南通市建筑工程質量檢測中心，江蘇 南通 226000）

0 前言

隨著城市及基礎設施的加速發展，對混凝土的需求不斷增加，而河砂資源作為混凝土拌合物的主要組成部分，可開采量越來越少，資源枯竭程度與日俱增，人們把目光投向了蘊藏豐富的海砂。與普通機制砂、河砂相比，海砂中含有可溶氯鹽，對鋼筋具有很強的腐蝕性，因而，如何準確檢測出海砂中的氯鹽含量，并做出處理以滿足規范要求，是能夠充分利用海砂的前提，具有重要的研究價值和現實意義。

1 氯離子對混凝土質量的影響及相關規定

（1）氯離子對混凝土質量的影響

氯離子對混凝土的影響主要體現在對鋼筋的危害：氯離子含量較高時，會破壞鋼筋的鈍化膜，進而加速鋼筋的銹蝕。一方面銹蝕導致鋼筋有效受力面積變小，使混凝土的抗拉性能降低；另一方面，銹蝕會導致鋼筋混凝土表面發生膨脹，產生很大的內應力，使混凝土保護層破壞，產生裂縫，短時間內降低了混凝土的強度、耐磨性、抗化學侵蝕性能。

（2）國家標準對砂中氯離子含量的各項規定

正因為氯離子對混凝土的質量影響顯著，國家標準中對工程用砂的氯離子含量都有明確要求：JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》中對砂中氯離子含量要求做出了明確的規定，對于鋼筋混凝土用砂，其氯離子含量不得大于 0.06%（以干砂的質量百分率計）；對于預應力混凝土用砂，其氯離子含量不得大于 0.02%（以干砂的質量百分率計）；JG/T 494—2016《建筑及市政工程用凈化海砂》中規定，Ⅰ 類凈化海砂氯化物含量不大于 0.003%，Ⅱ 類凈化海砂氯化物含量不大于 0.005%。因此，高效準確地檢測砂中氯離子指標，并嚴格控制其含量，是保證建筑安全的重要舉措。

為了滿足各個限值的要求，保證混凝土中氯離子含量不超標，作為檢測機構，要深入學習檢測標準，嚴格按照標準要求對海砂進行檢測分析，檢驗合格后方可使用，不合格的及時出具不合格報告，把好材料這第一關。

2 海砂中氯離子檢測方法

目前砂中氯離子檢測主要用到的方法有：化學滴定法、水浴加熱法、電位滴定法、離子選擇電極法等。下文將對這 4 種檢測方法的試驗步驟、優缺點進行深入研討。

2.1 化學滴定法

化學滴定法指的是硝酸銀標準溶液滴定法，也是標準 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》中指定的檢測方法，是砂中氯離子檢測的常用方法。檢測步驟：取試樣 500g 裝入磨口瓶，加入 500mL蒸餾水，蓋上塞子搖動一次，靜置 2h，每隔 5min 搖動一次，共搖動 3 次；取 50mL 濾液倒入三角瓶，加入濃度為 5% 的（W/V）鉻酸鉀指示劑 1mL，用 0.01mol/L硝酸銀標準溶液滴定，當被測溶液呈現磚紅色為滴定終點，記錄所消耗的硝酸銀標準溶液量。同時，進行空白試驗，取 50mL 蒸餾水倒入三角瓶中，再加 1mL 濃度為 5% 鉻酸鉀指示劑，用 0.01mol/L 的硝酸銀標準溶液滴定至溶液呈磚紅色為止，記錄此點消耗的硝酸銀標準溶液量，用測得的兩個指標計算氯離子含量。

這種檢測方法使用的設備、操作方法相對簡單，但因為滴定過程中顏色是逐漸變化的，操作人員很難準確判定終點，因而不同檢測人員的判定可能會存在著較大的差異，對檢測人員要求較高。

2.2 水浴加熱法

水浴加熱法是檢測標準 JG/T 494—2016《建筑及市政工程用凈化海砂》中指定的氯離子檢測方法。試驗步驟：稱取 500g 砂試樣倒入燒杯中，加入 500mL 蒸餾水，用玻璃棒攪拌，并用表面皿覆蓋燒杯，放在水浴鍋中加熱，當被測混合物從室溫加熱到 80℃，保持這個溫度持續加熱 1h；然后，每隔 5min 攪拌一次，共攪拌 3 次；從水浴鍋中取出燒杯，靜置溶液冷卻至室溫；取 50mL 濾液注入三角瓶，再加入 5% 的鉻酸鉀指示劑1mL，用 0.01mol/L 硝酸銀標準溶液滴定至呈現磚紅色為終點；記錄消耗的硝酸銀標準溶液用量。同時進行空白試驗，同化學滴定法。

水浴加熱法與化學滴定法操作過程相比，多了一步水浴鍋加熱，試驗表明，加熱后有利于氯離子充分溶解，使檢測結果更準確，但同樣存在滴定過程中終點難以把握的問題。

2.3 電位滴定法

電位滴定法同樣是用硝酸銀標準溶液進行滴定，避開人為影響，使用電位滴定儀進行滴定控制。檢測步驟：取試樣 500g 裝入磨口瓶，加入 500mL 蒸餾水，蓋上塞子搖動一次，靜置 2h 后每隔 5min 搖動一次，共搖動 3 次，取 50mL 濾液注入燒杯，加入 200mL 蒸餾水，再加 1mL 硝酸溶液（硝酸與水比例 1:1），使溶液呈酸性；用移液管加入 10mL 濃度為 0.01mol/L 的氯化鈉標準溶液，并在燒杯中放入電磁攪拌子，將燒杯放在電位滴定儀的電磁攪拌器上，開動攪拌器，插入銀電極及甘汞電極，開始滴定，隨著滴定劑加入，被測溶液中發生了化學反應，導致被測溶液的濃度逐漸降低，指示電極的電位也隨之變化，在等當點附近發生電位突然迅速變化時，記錄工作電池電動勢的變化，可確定滴定終點，同時使用蒸餾水進行空白試驗。

電位滴定分析法檢測氯離子含量快速、直觀，同時，電位滴定儀在滴定時能夠自動繪制滴定曲線，找出滴定終點，不受人為辨別變色能力的影響。但在滴定過程中，化學反應會形成絮狀沉淀，沉積在電極的兩端，對結果產生干擾，因而在測量過程中應及時沖洗電極兩端；另一方面，這種檢測方法操作比較繁瑣。

2.4 離子選擇電極法

在 JTS/T 236—2019《水運工程混凝土試驗檢測技術規范》中，海砂中氯離子含量使用的是離子選擇電極法。試驗步驟：將氯離子選擇電極放入 0.001mol/L NaCl 溶液中活化 1h；稱取 200g 樣品放入磨口瓶，加入 250mL 蒸餾水，加蓋搖晃 1min，靜置半小時后再重復搖勻，取上部清液移至錐形瓶，記錄清液的溫度；再將氯離子選擇電極和甘汞電極（通過鹽橋）插入清液中，用電位測量儀測得電位值（詳見圖 1 測量示意圖），按溫度每增加 1℃，電位向負移動 1mV 的比率對電位值進行溫度校正，并從曲線上推出清液中氯離子的濃度。

離子選擇電極法要求先配制不同濃度的 NaCl 溶液并測定電位值，以此來建立電位—氯離子濃度關系曲線。與滴定法相比，該方法操作相對復雜，同時容易受溫度、清液的懸濁成分、液體連接電勢等因素的影響，測定的準確度并不很高，在實際工作中要經常校正。

圖 1 測量示意圖

綜上 4 種檢測方法，在進行海砂中氯離子檢測過程中，主要依據海砂的用途和委托單位的要求來選擇其中一種或多種方法，比如在 2018 年 8 月，根據《住房城鄉建設部等關于開展治理違規海砂專項行動的通知》及《省住房城鄉建設廳關于立即開展治理違規海砂專項行動的通知》，南通市建設工程質量監督站明確發文通知，要求對進入南通的運砂船進行抽檢，嚴格按照JG/T 494—2016《建筑及市政工程用凈化海砂》及 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》進行砂中氯離子檢測，也就是同時采用化學滴定法和水浴加熱法進行檢測。

3 海砂中氯離子檢測的影響因素

海砂中氯離子檢測的影響因素主要有砂的顆粒級配、浸泡時間，滴定使用的硝酸銀溶液的濃度，滴定過程的規范性幾個方面，為保證氯離子檢測的準確性，要對檢測操作過程中容易出現的影響因素進行把控。

3.1 砂的顆粒級配、浸泡時間對氯離子檢測的影響

通過對同一樣品進行篩分，取不同粒徑范圍的試樣進行滴定檢測，結果表明，顆粒級配越細，砂中氯離子含量檢測值越高；對同一樣品進行不同時間的浸泡，浸泡時間分布在 2～48h，浸泡后進行滴定檢測，結果表明，浸泡時間越久，砂中氯離子含量檢測值越高。

3.2 試驗中硝酸銀標準溶液濃度對氯離子檢測的影響

不同濃度的硝酸銀標準溶液滴定氯離子檢測，標準溶液濃度越大，所測得的氯離子占比越高；標準溶液濃度越小，滴定過程中受人為滴定速度的影響變小，因此檢測氯離子含量較為準確。

3.3 試驗中人為操作對氯離子檢測的影響

（1）對試驗用玻璃容器清洗

為確保試驗數據的準確，對裝砂溶液的磨口瓶、玻

璃儀器都需嚴格清洗，自來水中含有氯離子，會造成容器表面吸附氯離子，進一步對試驗結果產生影響，因此，要先用自來水清洗干凈，再用蒸餾水清洗，保證不受自來水中氯離子的影響。

（2）滴定速度及終點控制

滴定速度過快，會造成檢測結果值偏高，影響試驗的準確性，因此，在進行氯離子滴定過程中，檢測人員要遵守先快后慢的原則，當樣品呈現黃色時，速度可稍快，但當樣品黃色逐漸褪去，應減緩滴定速度，充分搖勻，保證結果的準確。

（3）帶質控樣

在進行氯離子檢測過程中，可使用有證標準物質，進行同步檢測，對比標準物質的氯離子測定結果偏差，以校驗儀器使用或操作過程中的不確定因素，進行自我校正，進一步確保檢測結果的準確性，進行有效的質量控制。

4 結論

河砂資源日益減少，海砂的應用變成一種趨勢，而砂中氯離子的存在直接影響了混凝土的結構性能，因而亟需把好檢測關，做好砂中氯離子含量的測定。檢測氯離子的方法主要有化學滴定法、水浴加熱法、電位滴定法、離子選擇電極法，在進行檢測過程中，應選用合理的方法，對操作過程中儀器容器的清洗、滴定速度的控制進行關注，做好檢測工作。