Détecter la Distribution de chlorure soluble dans l’eau de la pâte de ciment d’une manière de haute précision

Résumé

Un protocole permettant d’obtenir un profil de chlorure soluble dans l’eau à l’aide d’une haute précision, méthode de fraisage est présenté.

Résumé

Pour améliorer la précision de la distribution de chlorure le long de la profondeur de la pâte de ciment dans des conditions d’humidité et de sécheresse cycliques, est propose une nouvelle méthode pour obtenir un profil de chlorure de haute précision. Tout d’abord, pâte de spécimens sont moulés, guéries et exposés à des conditions d’humidité et de sécheresse cycliques. Puis, des échantillons de poudre à des profondeurs différentes spécimen sont broyées lorsque l’âge d’exposition est atteinte. Enfin, la teneur en chlorures solubles dans l’eau est détectée à l’aide d’une méthode de titrage du nitrate d’argent, et les profils de chlorure sont tracés. La clé pour améliorer la précision de la distribution de chlorure le long de la profondeur est d’exclure l’erreur dans la powderization, qui est l’étape la plus critique pour les tests de la distribution de chlorure. Basé sur le concept ci-dessus, la méthode broyage dans le présent protocole peut être utilisée pour moudre des échantillons de poudre automatiquement couche par couche de la surface vers l’intérieur, et il est à noter qu’une épaisseur de mouture très fine (moins de 0,5 mm) avec une erreur minimum inférieure à 0,04 mm ca n être obtenue. Le profil de chlorure obtenu par cette méthode reflète mieux la distribution de chlorure dans les échantillons, qui aide les chercheurs à saisir les caractéristiques de distribution qui sont souvent négligés. En outre, cette méthode peut être appliquée aux études dans le domaine des matériaux à base de ciment, qui exigent la précision de distribution riche en chlore.

Introduction

La corrosion induite par le chlorure d’acier d’armature est l’une des principales causes compromettre la durée de vie des structures en béton armé exposés à un environnement agressif (e.g., dégivrage environnement de sels ou de milieu marin). La distribution de chlorure peut être utilisée pour les enquêtes sur le taux de pénétration de chlorure, la quantité d’acier contre la corrosion et les prédictions de la durée de vie. Par conséquent, une distribution précise de chlorure est d’une grande importance pour la recherche de la durabilité des structures en béton.

Des mécanismes ou des actions combinées de plusieurs mécanismes sont responsables de transport de chlorure dans le béton sous environnements spécifiques¹. Dans les parties submergées de structures maritimes, diffusion pure est le seul mécanisme conduite chlorure pénétration², ce qui provoque le chlorure contenu diminuer avec la profondeur. Le béton est dans un État non saturés³ lorsqu’il est soumis à un environnement de mouillage-séchage comme une zone de marée marin ou sel dégivrage. Dans de telles conditions, le processus de pénétration de chlorure devient très compliqué et diffusion tant de succion capillaire fonctionnent en chlorure transport⁴. Ainsi, la distribution de chlorure dans des conditions de mouillage-séchage est probablement plus compliquée que dans une condition submergée. Par conséquent, la distribution de chlorure dans des conditions de mouillage-séchage cycliques doit être étudié plus précisément.

La distribution de chlorure dans les matériaux à base de ciment est généralement représentée par un profil de chlorure. La précision d’un profil de chlorure dépend principalement de deux aspects : l’exactitude du contenu de chlorure et la précision de distribution chlorure le long de la profondeur. Concernant le contenu test de chlorure, le principe de base repose sur la réaction chimique entre (Cl^–) et (⁺Ag)^5,6, bien que différentes normes exigent différentes opérations spécifiques. La teneur en chlorures exacte peut être acquise tant que certaines opérations sont suivies. Cependant, l’exactitude de la distribution de chlorure le long de la profondeur s’appuie principalement sur l’exactitude de la position de l’échantillonnage. Les méthodes déjà connues pour obtention d’échantillons de puissance à différentes profondeurs de spécimen sont une perceuse, une ponceuse normale et une rectifieuse de profil. Malheureusement, ils partagent tous un désavantage car la précision est faible lorsque l’intervalle d’épaisseur ou d’échantillonnage meulage est petit. Ainsi, l’obligation d’enquêter sur la distribution de chlorure dans la couche superficielle de spécimens sous condition de mouillage-séchage cyclique n’est pas remplie. Par conséquent, une nouvelle méthode qui peut permettre à un plus petit intervalle d’échantillonnage (par exemple, moins de 0,5 mm) et réduire au minimum les erreurs (par exemple, moins de 0,05 mm) est nécessaire.

Le protocole détaillé ici offre un moyen plus précis pour obtenir un profil de chlorure en améliorant la précision de distribution chlorure le long de la profondeur.

Protocole

ATTENTION : Plusieurs des substances chimiques, tels que le nitrate d’argent, chromate de potassium et l’acide sulfurique concentré, utilisé dans le processus de test sont extrêmement toxiques et corrosifs. S’il vous plaît, adopter des mesures de sécurité qui s’imposent lors de leur utilisation, y compris l’usure des lunettes de protection, gants, blouse de laboratoire, etc..

1. préparation des échantillons de pâte

1. Préparation du moule
   1. Utiliser une brosse pour nettoyer un moule de taille 70 mm × 70 mm × 70 mm, en vous assurant que les surfaces intérieures du moule sont exempt d’impureté.
   2. Brosse-démoulage gasoil uniformément sur la surface interne du moule à l’aide d’une autre brosse.
2. Spécimen de pâte de moulage
   1. Utiliser une balance électronique pour peser 1 000 g d’eau dans un gobelet en plastique de mL 1 500 et 2 000 g de ciment dans un bassin en plastique de 3 000 mL.
   2. Ajouter dans l’ordre 1 000 g d’eau et 2 000 g de ciment dans un pot de mélange de 5 L. L’eau / ciment est de 0,5.
   3. Mettre le pot de mélange sur la base d’une bétonnière de pâte et le fixer après ériger en position d’agitation.
   4. Mix à 65 tr/min pendant 90 s.
   5. Laissez le mélange reposer pendant 30 s. Durant cette période, racler la pâte contre la paroi du pot à l’aide d’un couteau racleur et mélangez-le dans le reste du pot. Mix à 130 tr/min pendant 60 s.
   6. Retirez le pot de mélange de la table de mixage. Verser le ciment bien mélangé la pâte dans le moule. Pelle de la pâte de ciment avec un couteau racleur et vibrer le moule pendant quelques secondes compacter la pâte sur une table vibrante.
   7. Après avoir rempli le moule, sceller la surface du moule avec le papier film pour éviter l’évaporation de l’humidité. Laisser reposer pendant 24 h dans la moulure à 23 ± 2 ° C.
3. Durcissement
   1. Retirez les pâte durcie spécimens du moule.
   2. Place trempé coller spécimens dans une salle de séchage à 23 ± 2 ° C et 95 % d’humidité relative pendant 60 jours.
4. Coupe
   1. Prendre des spécimens hors de la salle de séchage après 60 jours.
   2. Fixer l’éprouvette sur une machine de découpage de haute précision et couper de 20 mm de la surface exempt de moisissure. Les échantillons traités de taille 70 × 70 mm × 50 mm fera l’objet d’exposition ingression de chlorure par la suite.
5. Étanchéité résine époxy
   1. Prenant la coupe de la surface que la surface d’exposition, sceller les cinq autres surfaces de l’échantillon (70 × 70 mm × 50 mm) avec de la résine époxy avec un pinceau. Le volume de résine époxyde utilisée pour chaque échantillon est d’environ 30 mL. Durcir la résine époxy par exposition à l’air pendant 24 h.
      NOTE : Préparer des échantillons pour l’exposition d’ingression chlorure après durcie de la résine époxy.

2. cyclique mouillage et séchage

1. Ajouter 0,35 kg de NaCI et 9,65 kg d’eau déionisée dans un seau en plastique de 15 L pour un NaCI solution avec un rapport de masse de 3,5 %.
2. Avec la surface d’exposition vers le bas, endroit spécimens dans une boîte en plastique (50 cm × 30 cm × 20 cm) avec deux entretoises posé sur le fond. L’orthèse peut être barres en acier inoxydable ou les plaques à grille en plastique. La présence de l’orthèse permet à la surface d’exposition de prendre environ 1,0 cm d’espace au fond de la boîte.
3. Versez les 3,5 % NaCI solution lentement dans la boîte en plastique et l’arrêt lorsque le niveau du liquide est d’environ 1,0 cm au-dessus de la surface d’exposition. Scellez la boîte avec un film plastique (environ 0,25 mm d’épaisseur) afin d’éviter les changements de concentration causées par l’évaporation. Ensuite, mettez la boîte en plastique dans une pièce avec une température constante de 23 ± 2 ° C et humidité de 65 ± 2 %.
4. À partir du moment de verser la solution de NaCl, tremper les spécimens pendant 24 h pour le processus d’humidification.
5. Prendre des spécimens hors de la solution après mouillage pendant 24 h, nettoyez doucement le reste de la solution avec une serviette et les mettre dans la même pièce constante de température et d’humidité pendant 6 j, qui est le processus de séchage.
6. Après le séchage pendant 6 j, remettre des spécimens dans la solution de NaCl à nouveau.
7. Répétez les étapes 2.5 et 2.6 (7D pendant un cycle de mouillage-séchage) pour un total de 12 cycles.

3. les échantillons de poudre de fraise

1. Après 12 cycles de la saison sèche, fixez l’échantillon sur la base d’ordinateur de haute précision numérique contrôlé (CNC) machine de meulage, qui a été convertie d’une fraiseuse en remplaçant le couteau original avec un cutter en alliage de titane.
2. Placez la poudre-collecte de papier autour de l’échantillon sur la base d’une machine de meulage avant de commencer à moudre.
3. Commencer la rectifieuse CNC de haute précision et attendez que le chargement du système.
4. Appuyez sur le bouton « Zéro » et la subséquente « X→0 », « Y→0 », « Z→0 » boutons pour rendre le Bureau de l’opération et la fraise retourne automatiquement à l’origine des coordonnées.
5. Appuyez sur « Manuel de données d’entrée (MDI) », double cliquez sur « PROGRAM », « N3S1000 » et cliquez sur « Entrée », puis appuyez « CYCLE START » pour démarrer l’arbre principal. Notez que « N3S1000 » signifie que la vitesse de rotation de l’arbre est définie à 1 000 tr/min.
6. Charger le programme principal de meulage : Appuyez sur « MDI », cliquez sur « PROGRAM » à plusieurs reprises pour trouver la page « Programme (catalogue) » et sélectionnez le programme approprié. Ensuite, cliquez sur « Modifier » et appuyez sur « Entrée » pour charger le programme principal.
   NOTE : Le programme principal peut être personnalisé selon une exigence spécifique de broyage, y compris les paramètres du total broyage profondeur, nombre de couches, épaisseur de chaque couche et l’intervalle de temps entre deux couches de meulage. Pour ce protocole, la profondeur de meulage au total est de 10 mm, et le nombre de couches est de 20 ; le meulage épaisseur de chaque couche est de 0,5 mm ; et l’intervalle de temps entre les couches de meulage est de 60 s. Voir la divulgation des détails du programme.
7. Définir la position de coupeur de fraisage : tout d’abord, cliquez sur « manuel », puis « Arbre principal avant » pour faire pivoter l’axe principal. Ensuite, cliquez sur « Volant » et de régler manuellement la fraise à la position de prêt-à-grind (généralement sur le tiers de la surface de l’avant-gauche de l’échantillon). Enfin, cliquez sur « SET » et « X », « INPUT », « Y », « INPUT », « Z » et « INPUT » boutons par la suite. Dossier parent coordonnées comme l’original coordonnées de l’espace à la fin de coupe réglage.
8. Lancer le programme principal de meulage : Appuyez sur « Démarrer », puis cliquez sur les boutons « AUTO » et « Début » par la suite. Démarrage de la machine de meulage automatiquement comme préprogrammé.
   Remarque : Pendant le processus de broyage, poudre s’accumuleront sur le papier collecteur qui est préalablement réparti sur la base de la machine. Après le meulage de chaque couche, la fraise se lèveront loin de l’échantillon et Restez immobile dans le X, Y, directions Z pendant 60 s comme programmé. Prélever un échantillon de poudre pendant la pause s 60 et re-diffuser le document de gestion collective.
   ATTENTION : Si la fraise s’immobilise en X, Y, Z de directions, il tourne encore. Il convient pour éviter de toucher la fraise avec des parties du corps pour éviter les blessures. En outre, il est nécessaire d’utiliser un masque et des gants en raison de la poussière générée pendant le processus de broyage.
9. Arrêter l’ordinateur après avoir terminé de meulage.

4. détection de chlorure contenu⁷

1. Préparation de la solution
   1. Solution de chromate de potassium
      1. Dissoudre 5 g de chromate de potassium dans 20 mL d’eau désionisée. Ajouter 10 mg de nitrate d’argent. Bien agiter et laisser reposer pendant 24 h.
         ATTENTION : Chromate de Potassium et le nitrate d’argent sont toxiques. Il est nécessaire de porter des gants en caoutchouc et un masque tout en les utilisant.
      2. Filtrer la solution dans une fiole conique avec un entonnoir et le filtre papier et déplacez-le dans une fiole jaugée de 100 mL. Ajouter l’eau désionisée jusqu'à atteindre la marque d’étalonnage de 100 mL. L’indicateur de chromate de potassium de concentration de 5 % est obtenu.
   2. Préparer la solution de phénolphtaléine 0.5 % : dissoudre 0,5 g de phénolphtaléine dans 75 mL d’alcool éthylique. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et secouez bien.
   3. Préparer l’acide sulfurique dilué : dissoudre 5 mL d’acide sulfurique concentré (98,3 %) dans 100 mL d’eau désionisée.
      ATTENTION : L’acide sulfurique concentré est très corrosif. Il est nécessaire de porter des gants de caoutchouc, un masque et lunettes de protection pendant l’utilisation.
   4. Solution étalon CCNI
      1. Chauffer environ 2 g de chlorure de sodium pur moins de 200-300 ° C dans un creuset avec un four électrique et agiter avec une baguette de verre pendant le processus jusqu'à ce qu’il n’y a pas de sons de sel fissuration (sans eau).
      2. Après refroidissement dans un dessicateur, prendre 1,169 g de NaCI cristaux, se dissolvent dans une fiole jaugée de 1 000 mL avec 100 mL d’eau désionisée. Ajouter l’eau désionisée jusqu'à atteindre la marque d’étalonnage de 1 000 mL. On obtient une solution standard NaCl de 0,02 M. Calculer la concentration de la solution étalon NaCl avec l’équation suivante :
         
         où C_NaCl est la concentration standard de NaCl solution, mol/L ; V est le volume de solution, L ; M est la masse molaire de NaCl, 58,45 g/mol ; m est la masse de NaCl, g.
   5. Solution de nitrate d’argent
      1. Dissoudre 1,7 g de nitrate d’argent dans 100 mL d’eau désionisée avec un disjoncteur de 200 mL. Déplacez-le dans une fiole jaugée de 1 000 mL brun et ajouter de l’eau désionisée jusqu’au repère d’étalonnage de 1 000 mL.
      2. Pipetter, trois unités de 10 mL (V₁) de solution étalon de NaCI 0,02 M dans trois fioles coniques. Ajouter 10 gouttes d’indicateur de chromate de potassium chacune avec un compte-gouttes.
      3. Titrer la solution de l’étape 4.1.5.2 avec la nitration argentée préparée à l’étape 4.1.5.1. Arrêter quand la solution devient rougeâtre et la couleur rouge ne se fane pas loin. Noter le volume de solution de nitration argent consommé (V₂). Calculer la concentration standard de nitration argent solution avec l’équation suivante et prendre la valeur moyenne des résultats des trois essais.
         
         Où, C_AgNO3 est la concentration de nitrate d’argent solution, mol/L ; V₁ est le volume de solution de NaCl, 10 mL ; V₂ est le volume de solution de nitrate d’argent consommé, mL.
2. Teneur en chlorures solubles dans l’eau
   1. Broyer tous les échantillons obtenus à l’article 3 dans un mortier jusqu'à ce qu’il peut être tamisé un tamis à 80 µm. Chauffer et sécher les échantillons tamisés à 105 ° C pendant 2 h dans un four.
   2. Prendre 2 g de l’échantillon séché, mettre dans des bouteilles en plastique de 100 mL, ajouter 50 mL (V₃) de l’eau déminéralisée avec une pipette de 50 mL et sceller les bouteilles avec bouchons. Agiter les flacons violemment pour garantir que l’échantillon et l’eau désionisée sont bien mélangés.
   3. Fixer les bouteilles en plastique sur un vibrateur automatique et vibrer pendant 24 heures afin de dissoudre le chlorure soluble dans l’eau des échantillons.
   4. Filtrer la solution dans des bouteilles après vibrant pendant 24 h avec les entonnoirs et de papier filtre. Pipetter, deux unités de 10 mL (V₄) de la solution filtrée de chaque bouteille dans deux fioles coniques.
   5. Ajouter deux gouttes de solution de phénolphtaléine dans chaque fiole conique pour rendre la solution présenter rouge violacé. Neutraliser la solution incolore à l’acide sulfurique dilué.
   6. Ajoutez 10 gouttes d’indicateur de chromate de potassium dans la solution incolore et titrer immédiatement avec une solution de nitrate d’argent. Agiter la fiole conique manuellement au cours de la titration pour s’assurer que les ions chlorure réagissent avec le nitrate d’argent rapidement et complètement. Arrêter la titration quand la solution devient rougeâtre et la couleur rouge ne se fane pas loin. Noter le volume de solution de nitrate d’argent consommé (V₅).
   7. Calculer la teneur en chlorure soluble dans l’eau avec la formule ci-dessous et prendre la valeur moyenne des résultats des deux essais.
      
      où, C_w est la teneur en chlorures solubles dans l’eau dans l’échantillon de pâte, ciment % ; m_s est la masse de l’échantillon de poudre, 2 g ; V₃ est le volume d’eau désionisée utilisée pour dissoudre l’échantillon, 50 mL ; V₄ est le volume de solution filtrée extraite à chaque nitration, 10 mL ; V₅ est le volume de solution de nitrate d’argent consommé à chaque nitration, mL ; M_cl est la masse molaire du Cl, 35,5 g/mol.
   8. Tracer les profils de chlorure soluble dans l’eau après l’obtention de la teneur en chlorures à différentes profondeurs de spécimens de la pâte.

5. exactitude Test d’épaisseur de meulage

1. Définir cinq épaisseurs de meulage : 1,0 mm, 0,5 mm, 0,2 mm, 0,1 mm et 0,05 mm dans la mouture principal du programme. Moudre avec chaque épaisseur cinq fois.
2. Mesurer l’épaisseur de l’échantillon avant broyage (H₁) et après le meulage (H₂) avec un pied à coulisse et calculer l’épaisseur de mouture pratique avec l’équation ci-dessous. Ne prenez pas l’échantillon vers le bas de la machine lors des mesures pour garantir la fiabilité de la mesure.
   
   Où P est l’épaisseur de mouture pratique, mm ; H₁ correspond à l’épaisseur de l’échantillon avant broyage, mm ; H₂ est l’épaisseur de l’échantillon après broyage, mm.

Résultats

Les données originales et les résultats statistiques quant à l’exactitude des épaisseur de meulage sont collectées (tableau 1)⁸. Moyenne et l’erreur sont utilisés pour tenir compte de la précision et la déviation standard (SD) est utilisée pour tenir compte de la cohérence de cette méthode.

La teneur en chlorures solubles dans l’eau d’essai intervalle de 0,5 mm (

Discussion

L’erreur de broyage de la fraiseuse CNC de haute précision est contrôlée à 0,04 mm et l’écart-type est inférieure à 0,03 mm (tableau 1)⁸. Il s’avère que cette méthode de fraisage a un degré élevé de stabilité et de précision dans les mesures des matières de chlorure en fonction de la profondeur, contribuant à une meilleure illustration de la distribution réelle de chlorure dans les spécimens.

Lorsque l’intervalle de test est de 0,5 mm, avec la profondeu...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Ciment	Jiangnan Xiaoyetian	P.II. 52.5
Chromate de potassium, 99.7 %	Tianjin Kemiou	HG391887
Alcool éthylique	Sinopharm	XK10009257
Nitrate d’argent, 99.8 %	Sinopharm	7761888
Phénolphtaléine toxique, 99.5 %	Tianjin Fuchen	XK1301100017
Acide sulfurique concentré, 98,3 %	Lingfeng	XK1301100085008	Chlorure de sodium hautement corrosif
, 99,7 %	Xilong Scientific	XK1320100153
Huile diesel	China Petroleum	0 #
Résine époxy	Yifeng Chemical	E44-6101
Eau déminéralisée	Beijing Liyuan	PUW-10N
CNC Milling meachine	Foshan Xiandao Digital Technology	C31E
Mélangeur de pâte de ciment	Wuxi Construction et ingénierie	NJ160
Machine de découpe de haute précision	Buehler	2215
Spot de mélange	Wuxi Construction et ingénierie	JJ-5
Couteau grattoir	Jinzheng Matériaux de construction	CD-3
Film alimentaire	Moule Miao Jie	65300
(70mm× ; 70mm&fois ; 70mm)	Jingluda	ABS707
Boîte en plastique	Fangao Ménage	32797
Attelle en acier inoxydable	An Feng	316L
Papier	Deli	A4
Four	Shanghai Huatai	DHG-9070A
Vibreur automatique	Lichen	HY-4
Table vibrante	Jianyi	GZ-75
film plastique	Miao Jie	65303
Vernier étrier	Liens	601-01
Balance électronique	Setra	BL-4100F
Bouteille en plastique	Doublure Plastique	454
Brosse	Huoniu	3#
Masque	UVEX	3220
Gants	Ammex	TLFGWC
Gobelet en plastique	Maineng	MN4613
Dessiccateur	Shenfei	GZ300
Papier filtre	Hangzhou Wohua	9614051
Compte-gouttes	Huaou	1630
Disjoncteur	Huaou	1101
Entonnoir	Huaou	1504
Cylindre de mesure	Huaou	1601
flash volumétrique	Huaou	1621
Flash conique	Huaou	1121
Pipette	Huaou	1633
Burette	Huaou	1462
Mortier	Huaou	YBMM254
80µ ; m tamis	Shanghai Dongxing	KJ-80
Creuset	Oamay	GYGG
Four électrique	Tyler	SX-B06