混凝土用砂氯離子含量檢測方法的對比研究

代建林；王 韜； 沈佳鋮； 陳嘉敏；楊一杰； 王 穎

（31.中國平安財產保險股份有限公司，上海 200040；2.上海建筑科學研究院有限公司，上海 200032；3.上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032）

混凝土作為現代土木工程主要的材料，其結構安全性和長期耐久性備受關注。鋼筋銹蝕是引起混凝土結構失效的危害之一，而引起鋼筋銹蝕的主要原因之一是混凝土及其原材料中氯離子的大量引入。過高的氯離子含量會使混凝土中鋼筋表層鈍化膜破壞，引起混凝土保護層開裂，加劇鋼筋銹蝕的反應，最終影響鋼筋混凝土結構安全性和耐久性，給國家造成經濟損失。因此，前期控制混凝土及其原材料尤其是細集料的氯離子含量尤為重要。

砂是混凝土的必備原材料，過去常以河砂作為主要來源。河砂開采過程中會出現國家資源流失、河道下切、堤防被破壞、航運受影響等嚴重環境問題，國家及地方政府相繼出臺條令限制天然砂的開采。隨著市場混凝土用砂需求的不斷增加，使用違規海砂的行為日益增多。因此，在市場政策監管的同時，管理單位、監理單位、用砂單位等對黃砂原材的氯離子含量做出快速預判也至關重要。

上海市自2004年開始進行工程質量保險的研究，多年來經過課題研究、項目試點、擴大推行階段，2019年開始在全市住宅項目全面推行建筑工程質量潛在缺陷保險（Inherent Defects Insurance，IDI）。IDI 實施的必要條件之一是保險公司委托第三方質量風險管理服務（TIS）對工程實施的各個環節進行質量檢測、風險管控，對潛在缺陷風險進行評估并提出解決方案。在監控過程中，保險公司和 TIS 需要尋找一些可靠的現場快速檢測手段評估潛在風險。

現行國家及行業標準 GB/T 14684—2011《建設用砂》、JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》、JG/T 494—2016《建筑及市政工程用凈化海砂》中，對混凝土用砂的氯離子含量檢測方法主要為硝酸銀滴定方法。此類方法結果的重復性及再現性較好，但檢測周期相對較長，對試驗人員要求較高，不適合用于對工程現場混凝土和砂的氯離子含量及時監控。

鑒于以上原因，為規避 IDI 保險系統性風險，履行保險公司社會風險管理職能，對某公司開發的 ETS 快速測氯條與國家標準建設用砂氯離子含量測定方法測定結果進行了線性相關性比對研究。該 ETS 測氯條在日本已有近40a 的使用經驗，能夠快速檢測出新拌混凝土、砂的氯離子含量，具有操作簡單，對環境/操作人員要求不高等特點。但此法在國內尚為新方法，本課題旨在研究 ETS 測氯條現場應用的可靠性， 為 ETS 測氯條快速測試方法在工程現場應用提供基礎研究。

1 研究方案

1.1 黃砂氯離子含量比對方案

（1）試驗室黃砂氯離子含量比對方案如表1所示。

表1 黃砂氯離子含量比對方案

（2）現場黃砂氯離子含量比對方案如表2所示。

表2 現場黃砂氯離子含量比對方案

1.2 試驗方法

1.2.1 ETS 測氯條試驗室測定方法

依據 GB/T 14684—2011 處理樣品，經浸泡、放置、搖動、過濾后，將3支 ETS 測氯條插入濾液液面以下。當測氯條顯示部分由橙色變為暗藍色時，測試反應結束。讀取顯示條中由茶褐色變為淡白色處的界面頂點，讀數精確至 0.1，按廠家提供對照表中換算氯離子濃度。

1.2.2 GB/T 14684—2011 中氯離子含量測定方法

黃砂經縮分、烘干、冷卻后，取500g 的黃砂加入500mL 蒸餾水，搖動并放置2h。再每隔5min 搖動一次，共搖動3次。清液過濾后，移取50mL 濾液加入 5% 鉻酸鉀指示劑，以 0.01 mol/L 硝酸銀標準溶液滴定并計算黃砂氯離子含量。

1.2.3 JG/T 494—2016 中氯離子含量的測定方法

黃砂經縮分、烘干、冷卻后，取500g 的黃砂加入500mL 蒸餾水，攪拌混勻，從室溫加熱至80℃ 并持續1h。再每隔5min 搖動一次，共搖動3次，冷卻后，移取50mL 濾液加入 5% 鉻酸鉀指示劑，以 0.01 mol/L 硝酸銀標準溶液滴定并計算黃砂氯離子含量。

1.2.4 ETS 測氯條現場測定方法

稱取250g 黃砂加入250g 蒸餾水，來回震蕩塑料瓶30次，靜置5min，再倒出上層清液，將3支 ETS 測氯條插入清液液面以下。當測氯條顯示部分由橙色變為暗藍色時，測試反應結束。讀取顯示條中由茶褐色變為淡白色處的界面頂點，讀數精確至 0.1，按廠家提供對照表換算氯離子濃度。

1.3 原材料情況

（1）選取河砂與氯離子含量相對較高的海砂，按不同比例進行混合，配制5個濃度的混合砂。按試驗室黃砂試驗方法進行黃砂氯離子含量的測定。

（2）選取一定量河砂，按不同比例添加 NaCl，配置為5個濃度的黃砂。按照上述試驗方法進行黃砂氯離子含量的測定。

（3）對混凝土構件廠或混凝土攪拌站中使用的黃砂進行取樣，按上述試驗方法中現場黃砂氯離子含量比對方案進行黃砂氯離子含量的測定。

2 試驗結果數據分析

2.1 試驗室黃砂氯離子含量比對結果

（1）不同濃度的河砂與海砂混合后氯離子含量比對結果如表 3、表4所示，線性關系如圖1所示。

表3 不同濃度河砂與海砂混合后氯離子含量比對結果 %

表4 與 GB/T 14684—2011 結果相對偏差比較 %

圖1 不同濃度河砂與海砂混合后氯離子結果線性關系圖

（2）河砂加入不同量的 NaCl 后氯離子含量的比對結果如表 5、表6所示。線性關系如圖2所示。

表5 河砂加入不同量的 NaCl 后氯離子含量比對結果 %

表6 與 GB/T 14684—2011結果相對偏差比較 %

2.2 現場黃砂氯離子含量比對結果

根據現場黃砂氯離子含量比對方案，按國標 GB/T 14684—2011 進行氯離子檢測結果與 ETS 現場測定方法比對累計進行3次，檢測組數為6組，如表7所示。

圖2 不同濃度 NaCl 與海砂混合后氯離子結果線性關系圖

表7 現場黃砂氯離子比對結果及相對偏差比較 %

2.3 黃砂比對結果分析

2.3.1 試驗室黃砂比對結果分析

（1）不同濃度海砂（前處理同 GB/T14684—2011）的 ETS 測定檢測結果與 GB/T 14684—2011 檢測結果為正偏差。結果顯示，5個檢測濃度中，低濃度（20% 海砂）的檢測結果相對偏差較小，為 1.81%；高濃度（40% 海砂、60% 海砂、80% 海砂、100% 海砂）的檢測結果相對偏差較大，在 7.37%～16.95% 范圍內。

不同濃度海砂的 ETS 測氯條現場測定方法檢測結果與 GB/T 14684—2011 檢測結果偏差在 －10.21%～13.62% 范圍內。

JG/T 494—2016 檢測結果與 GB/T 14684—2011 測定檢測結果為正偏差，相對偏差 3.17%～10.08% 范圍內。

（2）加 NaCl 河砂（前處理同GB/T 14684—2011）的 ETS 測定法檢測結果與GB/T 14684—2011 檢測結果為正偏差。結果顯示，5個檢測濃度中，低濃度（加 0.01% NaCl、加 0.02% NaCl、加 0.04% NaCl、加 0.06% NaCl）的檢測結果相對偏差較小，在 0.96%～10.99% 范圍內；高濃度（加 0.10% NaCl）的檢測結果相對偏差較高，達到 11.82%。

加NaCl 河砂的 ETS 測氯條現場測定方法檢測結果與 GB/T 14684—2011 檢測結果為基本負偏差，在 －7.69%～2.79% 范圍內。

JG/T 494—2016 檢測結果與 GB/T 14684—2011 測定檢測結果為正偏差，相對偏差 4.12%～13.46% 范圍內。JG/T 494—2016 檢測結果與試驗室中按 GB/T 14684—2011處理黃砂的 ETS 氯離子檢測結果較接近。

2.3.2 現場黃砂比對結果分析

測定結果在低濃度時，情況良好，相對偏差為 －15.62% ～4.35%，結果差值僅為 －0.000 5%～0.000 1%。其中另有2組樣品由于 ETS 現場檢測結果較低，顯示值僅為 0.4～0.8，ETS 測氯條對照表上無法顯示，未列入比較。

測定結果大于國家標準 II 類黃砂限值 0.02% 時，偏差稍大，相對偏差達到 22.65%，結果差值為 0.007 7%。

3 其他應說明的情況

3.1 ETS 快速測氯條應用范圍

某公司開發的 ETS 快速測氯條，在測氯條示值 ＜ 1.4 時無法給予明確的檢測結果。在這樣的情況下，可提高黃砂比例測定初步結果，并通過砂水比例推定黃砂中氯離子含量的初步結果。

3.2 含泥量過大時的操作方法

ETS 快速測氯條對黃砂進行測定時，若砂中含泥量較大導致溶液過于渾濁時，直接插入測氯條檢測會引起泥漿堵塞測氯條底部毛細管吸收處，導致檢測時間較長，甚至測定結果失真。在這樣的情況下，建議使用 ETS 專用取液器進行壓濾。

4 結語

根據上述結果分析，按 GB/T 14684—2011 處理的黃砂 ETS 測定氯離子測定結果與 GB/T 14684—2011 測定結果比對共計10組。在國家標準 II 類限值 0.02% 范圍內結果較近，最大相對偏差達到 10.99%，結果差值 0.002 1%；超出國家標準 II 類限值 0.02% 時，結果相對偏差較大，達到 1.04%～16.95%，結果差值 0.000 4%～0.009 9%。

ETS 測氯條現場測定方法與 GB/T 14684—2011 的氯離子檢測結果共計14組，在國家標準 II 類限值 0.02% 范圍內結果較好，相對偏差范圍 －15.63%～4.35%，結果差值 －0.001 2%～0.000 1%；超出國家標準 II 類限值 0.02% 時，結果相對偏差范圍相對較大，達到 －10.21%～ 22.65%，結果差值 －0.0097%～0.0077%。

根據 ETS 測氯條現場測定方法與 GB/T 14684—2011 的氯離子測定結果比對情況，低于國家標準 II 類限值 0.02% 時，2 種方法的檢測結果線性關系較好；高于國家標準 II 類限值 0.02% 時，2 種方法的結果偏差稍大，詳見圖3黃砂氯離子與 GB/T 14684—2011 的氯離子測定結果比對圖。

圖3 黃砂氯離子與 GB/T 14684—2011 的氯離子測定結果比對圖

考慮 ETS 測氯條現場測定方法為現場了解黃砂氯離子含量的快速方法，在低濃度時可正常使用。若 ETS 測定結果接近臨界值或大于標準值時，應考慮其可能具有 10%～20% 的誤差影響，此情況下只能作為初步預判，如需得到最終結果，應送專業檢測機構按國家標準進行檢測。