火焰光度法檢測混凝土堿含量影響因素研究

（鎮江新區建設工程質量中心試驗室，江蘇 鎮江 212000）

0 前言

混凝土骨料中一些活性礦物（活性氧化硅、活性氧化鋁等）與硬化混凝土孔隙中的堿溶液產生化學反應，生成堿－硅酸凝膠、堿－碳酸凝膠。這些反應產物吸水產生膨脹壓力，使混凝土發生開裂、強度降低，嚴重時會導致混凝土破壞。為避免產生這種堿骨料反應，混凝土中的堿含量受到了嚴格限制。例如：GB/T50476-2019《混凝土結構耐久性設計標準》規定對骨料有活性且處于相對濕度不低于75%環境條件下的混凝土結構構件，應嚴格控制混凝土堿含量不超過3kg/m3。因此，準確檢測出混凝土堿含量顯得十分重要。本文對火焰光度法檢測混凝土堿含量過程中的影響因素進行了研究，為同行提供參考。

1 混凝土堿含量檢測

1.1 主要設備及試劑材料

AP1200 型火焰光度計；振蕩器；低溫電加熱板；1000ml、500ml、100ml容量瓶；氯化鉀、氯化鈉基準試劑；分析純氫氟酸、鹽酸、硫酸、氨水、碳酸銨、甲基紅；從四個不同構件取出的直徑和高度均為100mm 芯樣，每組3個，共4 組。

1.2 試樣制備

首先將混凝土試件破碎，剔除石子。之后將試樣縮分至100g，研磨至全部通過0.08mm 篩，并用磁鐵吸出試樣中的金屬鐵屑。最后將試樣置于105℃～110℃烘箱中烘干2h，取出放入干燥器中冷卻至室溫備用。

1.3 試驗過程

稱取0.2g 試樣（m29），精確至0.0001g，置于鉑皿(或聚四氟乙烯器皿)中（本實驗采用聚四氟乙烯器皿），加入少量的水潤濕，加入 5ml～7ml 氫氟酸和15～20 滴硫酸(1+1)，放入通風櫥內的電熱板上低溫加熱，近干時搖動鉑皿以防濺失，待氫氟酸驅盡后逐漸升高溫度，繼續加熱至三氧化硫白煙冒盡，取下冷卻。加入40ml～50ml 熱水，用膠頭擦棒壓碎殘渣使其分散，加1 滴甲基紅指示劑溶液，用氨水(1+1)中和至黃色，再加入10ml 碳酸銨溶液，攪拌，然后放入通風櫥內電熱板上加熱至沸并持續微沸20min～30min。用快速濾紙過濾，以熱水充分洗滌，用膠頭擦棒擦洗鉑皿，濾液及洗液收集于100ml 容量瓶中，冷卻至室溫。用鹽酸(1+1)中和至溶液呈微紅色，用水稀釋至刻度，搖勻。在火焰光度計上，按儀器使用規程在工作曲線上分別求出氧化鉀和氧化鈉的含量（m30和m31）。混凝土中可溶性堿含量按照GB/T50784 標準制樣完成后直接測試。

由于篇幅所限，試劑的配制和工作曲線的繪制請參照GB/T176-2017，制樣過程和結果的計算請參照GB/T50784-2013。

1.4 檢測數據及結果分析

筆者在長期的檢測工作中，發現使用火焰光度計檢測混凝土堿含量時，火焰的大小、被檢測樣品堿濃度以及各種試劑帶入的堿性物質都會對檢測結果產生一定的影響。本文針對以上三個影響因素進行研究。

圖1 稍小火焰（燃氣閥刻度為1.0）

圖2 中等火焰（燃氣閥刻度為1.5）

圖3 稍大火焰（燃氣閥刻度為1.7）

為研究不同大小火焰（圖1、圖2、圖3）對測試結果的影響，試驗采用氯化鉀和氯化鈉基準試劑配制一系列濃度的標準溶液，測試結果見表1。

表1 采用不同大小火焰堿含量測試結果

由表1數據可以分析得出當被測溶液中的堿含量（即氧化鉀和氧化鈉當量，以下統稱為堿含量）在較低的范圍內（一般為10μg/ml 以下），應采用圖1和圖2所示的在一定范圍內（即儀器說明書所述范圍）稍小的火焰檢測。濃度在10μg/ml 和30μg/ml 之間時采用圖2至圖3所示火焰大小檢測較為合適。而隨著被測溶液中堿含量濃度超過30μg/ml，試驗對火焰大小的控制要求有明顯提高，火焰大小直接會對測試結果產生很大的影響，這時宜采用稍大的火焰來檢測。一般來講，隨著被測溶液濃度增加，火焰要隨之適當調大才能獲得更為準確的測試結果。試驗所用三種大小的火焰適宜檢測的濃度范圍為表1所示的陰影部分。需要特別注意的是，火焰光度計面板上有一個校準鍵，該鍵是在火焰大小不變的情況下實施校準的。一旦調整火焰就必須待儀器穩定后重新制作標準曲線，否則數據就會出現嚴重偏差，因篇幅所限，此處就不再列舉數據論述。

為研究被檢測樣品堿濃度對測試結果的影響，本試驗采用四個不同的混凝土構件上取的4 組芯樣，按GB/T50784 標準制樣，按GB/T176 標準采用火焰光度計法進行檢測，測試結果見表2和表3。

表2 1、2 號構件芯樣可溶性堿含量測試結果

由表2和表3數據可以看出，當被測溶液堿濃度較低時（5.0μg/ml 以下）火焰光度計的讀數相對穩定。隨著堿濃度的逐漸升高，火焰光度計的讀數變的不穩定。特別是測試混凝土水溶性堿含量時，由于試驗所用試樣較多，溶液中的堿濃度相對較高，當超出40μg/ml 時即超出工作曲線之外，讀數變得極不穩定，漂移較大。這時就需要對樣品進行適當稀釋之后再測試，以獲得較為準確穩定的讀數。試驗數據見表3，將溶液稀釋10 倍后測得的數據較為穩定，結果更準確。

表3 3、4 號構件芯樣總堿含量測試結果

另外，需要特別注意的是GB/T176-2017《水泥化學分析方法》中規定在檢測時需要平行檢測空白樣品，在計算時需要扣掉空白試驗值。而GB/T50784-2013《混凝土結構現場檢測技術標準》則只是參照GB/T176 標準中的試驗方法而沒有規定空白檢測。因為總堿含量試驗過程中需要加入很多試劑，而這些試劑則會帶入部分堿性物質。檢測總堿含量所用樣品較少，即使因為試劑帶入的堿性物質較少，但依然會對結果造成很大影響。扣除空白值前后的測試結果見表3，由表3中數據可以看出測試結果差距明顯。因此，筆者認為扣掉空白值以后的試驗結果更為合理。

2 結論

采用火焰光度法檢測混凝土中堿含量時（包括總堿含量，和可溶性堿含量），火焰大小應根據被測溶液中堿濃度來調節。一般來講，當被測溶液堿濃度較低時（5.0μg/ml 以下）宜采用較小的火焰，而隨著溶液濃度增加，火焰應適當調大。筆者建議將堿濃度較高的樣品通過稀釋適當倍數以后再進行檢測，以獲得較為穩定的讀數和準確的檢測結果。另外，有些標準中沒有規定要平行檢測空白試樣，并減掉空白測試值。然而，試驗過程中加入的很多試劑中會帶入一定量的堿性物質，這會對檢測結果產生很大的影響，特別是當被測樣品堿含量較低的情況下，會使檢測結果偏高很多。因此，筆者認為平行檢測空白試樣并減去空白值的操作十分有必要。