セメント ペーストの水溶性塩化物の分布を高精度に検出

サマリー

高精度加工を使用した水溶性塩化物のプロファイルを取得するためのプロトコルが表示されます。

要約

繰返し乾湿条件下におけるセメント ペーストの深さ分布は、塩化物の精度を向上するには、高精度塩化プロファイルを取得する新しい方法を提案する.まず、ペースト供試体は成形、硬化し、繰返し乾湿条件にさらされています。露出年齢に達したとき、異なる試料の深さで粉末試料粉砕います。最後に、硝酸銀滴定法を用いた水溶性塩化物含有量が検出され、塩素濃度のプロファイルがプロットされます。塩化深さ分布の精度を向上させる鍵は、塩化物の配布をテストするための最も重要なステップである、粉末化のエラーを除外することです。上記のコンセプトに基づき、研削方式このプロトコルでは粉末試料自動的に層によって層内側、表面からを挽くに使用でき、注意すべきを 0.04 mm ca より以下の最小誤差の非常に薄い研磨代 (0.5 mm 以下)n が得られます。このメソッドによって得られた塩化プロファイルはより良い研究者が頻繁に見落とされる配布の機能をキャプチャすることができます、標本の塩化物の分布を反映しています。さらに、このメソッドは、高塩化物分布精度を必要とするセメント系材料の分野の研究に適用できます。

概要

鉄筋の塩化物による腐食は積極的な環境にさらされている鉄筋コンクリート構造物の寿命を危険にさらすことの主要な原因の一つ (例えば.、海洋環境または除氷塩)。塩化物浸透率の調査、鉄筋の腐食寿命予測量の塩化物の分布を使用できます。したがって、正確な塩化物の分布は、コンクリート構造物の耐久性研究の意義は大きいのです。

¹特定の環境下のコンクリート中の塩化物輸送のメカニズムまたはマルチ メカニズムの複合的に作用があります。海洋構造物の水中部分は、純粋な拡散、運転塩化入口²、増加する深さと塩分を減らす量を引き起こす唯一のメカニズムです。コンクリートは、海洋潮汐ゾーンなど湿潤乾燥の環境または除氷塩に服従させたときの非飽和状態³にあります。このような条件で塩化物の侵入のプロセスが非常に複雑になるし、塩化トランスポート⁴で拡散と毛細管吸引動作します。したがって、ぬれ乾燥条件下で塩化物の分布は、おそらく湛水条件でよりも複雑です。したがって、繰返しぬれ乾燥条件下における塩化物の分布をより正確に調査する必要があります。

セメント系材料の塩化物の分布は通常塩化プロファイルによって表されます。塩化プロファイルの精度は、主に 2 つの側面に依存: 塩分量の精度と塩化物の分布深さの精度。塩化物含有量試験に関する基本的な原理は、(Cl^-) 間の化学反応に基づいています (Ag⁺)^5,6、異なる規格が異なる特定の操作を要求するけれども。正確な塩化物含有量は、特定の操作に従っていれば取得できます。ただし、塩化深さ分布の精度は、主にサンプリング位置の精度に依存します。既知試料の異なる深さで電源試料の採取方法は、電気ドリル、通常研削盤、プロファイル研削盤です。残念ながら、彼らはすべては研削の厚さやサンプリング間隔が小さい場合、精度が低い欠点を共有します。したがって、繰返しぬれ乾燥条件下での試験片の表面層における塩化物の分布を調査しての要件を満たさない。したがって、サンプル間隔を小さくすることができる新しい方法 (例えば、0.5 ミリメートル未満のもの) エラーを最小限に減らすと (例えば、0.05 ミリメートル未満のもの) が必要があります。

ここに詳細なプロトコルでは、塩化物の深さ分布の精度の向上により塩化プロファイルを取得するより正確な方法を提供しています。

プロトコル

注意: テスト プロセスで使用される濃硫酸、クロム酸カリウム、硝酸銀などの化学物質のいくつかは、急性毒性、腐食性です。安全眼鏡、手袋、白衣などの摩耗を含む、それらを使用している間適切な安全対策を採用します。

1. ペースト供試体の作製

1. 金型の準備
   1. サイズ 70 mm × 70 mm × 70 mm、作る金型の内面、不純物のないことを確認のカビをきれいにするブラシを使用します。
   2. 別のブラシを使用して、金型の内面に均等にブラシ離型ディーゼル オイル。
2. ペースト供試体を成形
   1. 電子天秤を使用すると、3,000 mL プラスチック洗面器に 1,500 mL のプラスチック製のカップに、セメントの 2,000 g 1,000 g の水に重量を量る。
   2. 1,000 g の水と 5 L の混合の鍋にセメントの 2,000 g を順に追加します。水セメント比は 0.5 です。
   3. セメント ペースト ミキサーのベースに混合の鍋を置いて後攪拌位置に引き上げ留めます。
   4. 90 65 rpm でミックス s。
   5. 混合物は 30 のために座るしましょう s。この期間中にこすり落とすスクレーパー ナイフを使用して鍋の内側の壁に貼り付けと鍋の残りに混ぜます。60 130 rpm でミックス s。
   6. ミキサーから混合の鍋を削除します。十分に混合されたセメント鋳型ペーストを注ぐ。セメント ペーストをスクレーパー ナイフとシャベルし、コンパクトな振動テーブルにペーストするか、数秒間金型を振動させます。
   7. 金型をいっぱい後水分の蒸発を防ぐためにサランラップで金型表面をシールします。23 ± 成形で 24 h 放置 2 ° c.
3. 硬化
   1. 金型から硬化ペースト供試体を削除します。
   2. 硬化の場所は、60 d 23 ± 2 ° C および 95% 相対湿度で硬化部屋に標本を貼り付けます。
4. 切断
   1. 60 d の後硬化室の標本を取り出してください。
   2. 高精度切断機の試料を修正し、無料の金型表面から 20 mm 切断します。処理された標本サイズ 70 mm × 70 mm × 50 mm 受けることに塩化物の進入露出その後。
5. エポキシ樹脂でシール
   1. 試料の他の 5 面をシールとして露出面カット面を取って (70 mm × 70 mm × 50 mm) 樹脂ブラシを使用しています。各試験片を使用したエポキシ樹脂の量は約 30 mL です。24 時間空気暴露によりエポキシ樹脂を強化します。
      注: エポキシ樹脂が硬化後塩化物の進入露出の標本を作製します。

2. 繰返し Wetting および乾燥

1. 15 L のポリバケツによるによる、脱イオン水の 9.65 kg 0.35 kg を追加3.5% の質量比を備えたソリューション。
2. プラスチックの箱 (50 cm × 30 cm × 20 cm) を 2 つの中かっこに場所を供試体を暴露面と下に置かれます。ブレースは、ステンレス鋼棒やプラスチック グリッド プレートにすることができます。ブレースの存在には、ボックスの下部に約 1.0 cm のスペースを取るため露出面ことができます。
3. 3.5% を注ぐよるプラスチック ボックスを停止液レベルが約 1.0 cm の露出表面上にゆっくりとソリューション。蒸発による濃度変化を防ぐために (0.25 mm 厚) についてプラスチック フィルムでボックスを封印します。その後、23 ± 2 ° C の一定温度と湿度 65 ± 2% の部屋でプラスチックの箱を置きます。
4. 塩化ナトリウム溶液を注ぐの時間から始まって、ぬれプロセスの 24 h のための標本を浸します。
5. 24 時間濡れ後ソリューションから検体を採取、優しくタオルで残液を拭き取るし、6 d は、乾燥の過程である同じ一定温度と湿度の部屋でそれらを置きます。
6. 6 d のため乾燥後標本 NaCI 溶液に再び戻します。
7. 12 サイクルの合計 2.5 および 2.6 (1 湿潤乾燥サイクルの 7 d) の手順を繰り返します。

3. 研削粉末試料

1. 12 の乾湿サイクル後試料の高精度コンピューター数値制御 (CNC) 研削盤、フライス盤からチタン合金カッターで元のカッターを置き換えることによって変えられたを修正します。
2. 研削盤のベースのグラインドを始める前に供試体周りの粉収集紙を配置します。
3. 高精度 CNC 研削盤を起動し、システムが読み込まれるまで待ちます。
4. 「ゼロ」ボタンを押し、その後"X→0"、"Y→0"、"Z→0"ボタン操作デスク、フライス カッターが自動的に座標の原点に戻ります。
5. 「マニュアル データ入力 (MDI)」を押して、「プログラム」をダブルクリックして、"N3S1000"入力し「入力」をクリックして、「サイクル スタート」を押してメイン シャフトを開始します。"N3S1000"1000 rpm で、軸の回転速度が設定されていることに注意してください。
6. 主な研削プログラムを読み込む:「MDI」を押して、「プログラム (カタログ)」ページを繰り返し、「プログラム」をクリックして、適切なプログラムを選択します。次に、「編集」をクリックし、、メイン プログラムをロードする「入力」を押します。
   注: メイン プログラムは、研削深さ、層の数、それぞれの層、および 2 つの層を研削する時間間隔の厚さ全体の設定を含む特定の研削条件に従ってカスタマイズことができます。このプロトコルのトータル加工深さは 10 mm と層の数は 20。各レイヤーの研削の厚さは 0.5 mm;研削加工層の間隔は 60 秒です。プログラムの詳細については開示を参照してください。
7. ミリング カッター位置を設定する: 最初に、クリック「操作マニュアル」して、「主軸フォワード」メイン シャフトを回転させます。次に、「ハンドル」をクリックし、(通常の標本のフロント左面の 3 分の 1) の準備ができて-粉砕位置にカッターを手動で調整します。最後に、「設定」をクリックし、"X"、「入力」、"Y"、「入力」、"Z"と「入力」ボタンをその後します。相対座標としてカッターの設定を完了する元の空間座標を記録します。
8. 主な研削プログラムを起動: その後「オート」と「サイクル スタート」ボタンをクリック「スタート」を押します。マシンは自動的に事前にプログラムとしての研磨を開始します。
   注: 研削プロセス中に粉は中古マシンのベースに広がっている収集紙に積算いたします。フライス カッター各レイヤーを粉砕した試料から上がり、静止した x、Y、Z 方向 60 s プログラム。60 秒休憩中に粉末試料を収集し、収集の紙に再広がった。
   注意: フライス カッターは、X、Y、Z 方向の移動停止、しかしそれはまだ回転しています。損傷を避けるために任意の体の部分をフライスに触れることを避けるために注意する必要があります。その上、マスクと研削加工時に発生する粉じんによる手袋使用する必要です。
9. 終えた後、マシンをシャット ダウン研削します。

4. 検出塩化コンテンツ⁷

1. 溶液の調製
   1. カリウム クロム酸溶液
      1. 20 mL の脱イオン水でクロム酸カリウム 5 g を溶かします。銀製硝酸塩 10 mg を追加します。よく振って、24 時間放置します。
         注意: クロム酸カリウム、硝酸銀、有毒です。それらを使用して、ゴム手袋とマスクを着用する必要があります。
      2. 漏斗とろ紙の三角フラスコにソリューションをフィルター処理し、100 mL のメスフラスコに移動します。100 mL の目盛りに到達するまでには、脱イオン水を追加します。5% の濃度のカリウム クロム酸指標が得られます。
   2. 0.5% フェノールフタレイン溶液を準備: エチルアルコール 75 ml フェノールフタレイン 0.5 g を溶解します。25 mL の脱イオン水を加え、よく振る。
   3. 希硫酸を準備: 5 mL の脱イオン水 100 mL に濃硫酸 (98.3%) を解散。
      注意: 濃硫酸は非常に腐食性です。ゴム手袋、マスクを着用する必要があるし、それを使用中のゴーグルします。
   4. NaCI 標準溶液
      1. 電気炉と純粋な塩化ナトリウムるつぼで 200-300 ° C 以下の約 2 g を熱し、塩 (水) を欠いている割れの音がなくなるまで処理中にガラス棒でかき混ぜます。
      2. 乾燥器で冷却した後よる結晶の 1.169 グラムを取る、1,000 mL のメスフラスコで 100 mL の脱イオン水に溶解します。1,000 mL の目盛りに到達するまでには、脱イオン水を追加します。0.02 M の塩化ナトリウム標準液が得られます。以下の方程式を用いた塩化ナトリウム標準溶液の濃度を計算します。
         
         どこで、C_食塩は塩化ナトリウム濃度の標準ソリューション、mol/L;Vは、ソリューション、L の体積Mは 58.45 g/mol の塩化ナトリウムのモル質量です。mは、塩化ナトリウムの質量 g。
   5. 銀製硝酸塩の解決
      1. 付き 200 mL の脱イオン水 100 mL に硝酸銀 1.7 g を溶解します。1,000 mL の褐色メスフラスコに移動し、脱イオン水 1000 mL の目盛りまでを追加します。
      2. 0.02 M 3 三角フラスコに NaCI 溶液が標準の 3 ピペット 10 mL (V₁) 単位。それぞれスポイトにカリウムのクロム酸塩のインジケーターの 10 滴を追加します。
      3. 4.1.5.1 のステップから準備銀ニトロ化とステップ 4.1.5.2 からソリューションを滴定しなさい。停止ソリューションなり赤味がかった赤い色が消えていません。消費銀ニトロ化ソリューション (V₂) の量を記録します。3 つの試験結果の平均値を取るし、以下の方程式を用いた銀ニトロ化ソリューションの標準濃度を計算します。
         
         C_AgNO3は硝酸銀の濃度で、解決策は、mol/L;V₁食塩、10 mL のボリュームV₂は硝酸銀の量が消費されると、mL です。
2. 水溶性塩化物含有量
   1. 80 μ m ふるいを通してふるいできるまですり鉢で第 3 節で得られたすべてのサンプルを挽きます。熱し、オーブンで 2 時間 105 ° C でふるいにかけたサンプルを乾燥します。
   2. 取る 2 g 入れて 100 mL プラスチック ボトル、50 mL (₃V) を追加し、各乾燥サンプルの脱イオン水 50 ml のピペットを測定し、キャップとボトルをシールします。サンプルと脱イオン水が十分に混合されたことを保証するために激しくボトルを振る。
   3. 自動バイブ ペットボトルを留め、24 h サンプルから水溶性塩化物を溶解するための振動します。
   4. 目標到達プロセス、フィルター ペーパーで 24 時間振動後ボトルにソリューションをフィルターします。2 つの三角フラスコにすべてのボトルからろ液 10 mL (V₄) 2 台をピペットします。
   5. 赤紫を示すソリューションを作成する各の三角フラスコにフェノールフタレイン溶液 2 滴を追加します。希硫酸で無色の解決策を中和します。
   6. 無色の溶液にカリウム クロム酸インジケーターの 10 滴を追加し、すぐに硝酸銀溶液で滴定します。迅速かつ完全に硝酸銀と塩化物イオンが反応することを確認してくださいに滴定の間に手動で三角フラスコを振る。ソリューションなる赤みがかった赤い色が消えていませんと滴定を停止します。消費の銀製硝酸塩の解決 (₅V) の量を記録します。
   7. 以下の方程式で水溶性塩化物の内容を計算し、2 つのテスト結果の平均値を取る。
      
      、C_wは % セメント ペースト サンプルで水溶性塩化物含有量です。m_sは 2 g、粉体試料の質量V₃は、脱イオン水 50 mL サンプルを溶かすために使用量です。V₄はそれぞれニトロ化、10 mL で抽出ろ液量です。V₅は銀製硝酸塩の解決ごとのニトロ化で消費量 mL;M_{の cl}は、Cl 35.5 g/mol のモル質量です。
   8. ペースト供試体の異なる深さで塩化物含有量を取得した後、水溶性塩化物プロファイルをプロットします。

5 厚さを研削の精度テスト

1. 設定 5 研削厚さ: 1.0 mm、0.5 mm、0.2 mm、0.1 mm と 0.05 mm メイン研削プログラムします。5 回各厚さで粉をひきます。
2. (H₁)を粉砕する前に、研削後に試験片の厚さを測定(H₂)、ノギスと以下の方程式を用いた実用的な研削厚さを計算します。試料を停止しないように、マシンから測定の信頼性を保証する計測中。
   
   ここで、P は、実用的な研削厚み mm;H₁は、研削の前に試験片の厚さ、mm;H₂ mm 粉砕した試験片の厚さであります。

結果

元のデータと厚さを研削の精度についての統計結果は、収集した (表 1)⁸です。意味およびエラーを使用して精度を反映して、標準偏差 (SD) はこのメソッドの整合性を反映するように使用されます。

テスト間隔 0.5 mm (図 1) と 2.0 mm (図 2) の水溶性塩化物含有量と対応する拡散係数D収集されます、以下の方程式を用いた Fick の第 2 法律の「エラー関数」と呼ばれます。塩化物の分布の特徴を反映するように奥行き方向の塩化物含有量の変化の法則を使用、 Dは、塩化物の浸透を評価する使用されます。

ディスカッション

高精度 CNC フライスの研削のエラーは 0.04 mm 以内で制御され、標準偏差が 0.03 mm (表 1)⁸より小さい。それは、塩化物含有量の測定の高度な精度と安定性が標本の実際の塩化物分布の良い図に貢献して、深さの関数としてはこの加工法を証明します。

テストの間隔は 0.5 mm、露出面を高め、深さ (図 1) 塩化物含有量の最大のポイントがあります。テストの間隔が 2.0 mm と、塩化物含有量は単調減少 (図 2)。それは、表面層で選択した間隔値大幅影響を与えること、プロファイルに観察できます。彼らを取り込んで詳細を記録することができますのでより低い間隔が推奨されます。また、別のテスト間隔で「エラー機能」とフィッティングを通じて得られたDは異なります。間隔 0.5 mm (4.038 × 10^-7 m²/s、<...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
セメント	南Xiaoyetian	のP.II. 52.5
クロム酸カリウム、99.7%	Tianjin Kemiou	HG391887	有毒
なエチルアルコール	Sinopharm	XK10009257
銀の硝酸塩、99.8%	Sinopharm	7761888	有毒
なフェノールフタレイン、99.5%	Tianjin Fuchen	XK1301100017
濃硫酸、98.3%	上海Lingfeng	XK1301100085008	腐食性の
塩化ナトリウム、99.7%	Xilong科学	XK1320100153
ディーゼル油	中国石油	0#
エポキシ樹脂	Yifeng化学	E44-6101
脱イオン水	北京LiyuanPUW-10N
CNCフライス盤meachine	Foshan Xiandao デジタル技術	C31E
セメントペーストミキサー	無錫 建設およびエンジニアリング	NJ160
高精度切断機	Buehler	2215
ミキシングスポット	無錫 建設およびエンジニアリング	JJ-5
スクレーパーナイフ	Jinzheng 建材	CD-3
しがみつくフィルム	ミャオジエ	65300
モールド(70mm×70mm×70mm)	Jingluda	ABS707
プラスチックボックス	Fangao家庭用	32797
ステンレス鋼ブレース	An Feng	316L
ペーパー	デリ	A4
オーブン	上海Huatai	DHG-9070A
自動バイブレーター	地衣類	HY-4
振動テーブル	Jianyi	GZ-75
プラスチックフィルム	Miao Jie	65303
ス	リンク	601-01
電子天びん	セトラ	BL-4100F
プラスチックボトル	ライニングプラスチック	454
ブラシ	Huoniu	3#
Mask	UVEX3220
グローブ	Ammex	TLFGWC
プラスチック カップ	Maineng	MN4613
デシケーター	Shenfei	GZ300
濾紙	杭州 Wohua	9614051
ドロッパー	Huaou	1630
ブレーカー	Huaou	1101
ファンネル	Huaou	1504
測定	シリンダーHuaou	1601
容積測定フラッシュ	Huaou	1621
錐フラッシュ	Huaou	1121
ペット	Huaou	1633
ュレット	Huaou	1462
迫撃砲	Huaou	YBMM254
80µm sieve	上海 Dongxing	KJ-80
るつぼ	Oamay	GYGG
電気炉	Tyler	SX-B06