Wykrywanie rozpuszczalnego w wodzie rozkładu chlorków w zaczynach cementowych w bardzo precyzyjny sposób

Podsumowanie

Przedstawiono protokół uzyskiwania profilu chlorków rozpuszczalnych w wodzie przy użyciu metody mielenia o wysokiej precyzji.

Streszczenie

Aby poprawić dokładność rozkładu chlorków wzdłuż głębokości zaczynu cementowego w cyklicznych warunkach mokrych-suchych, zaproponowano nową metodę uzyskiwania precyzyjnego profilu chlorkowego. Po pierwsze, próbki pasty są formowane, utwardzane i wystawiane na cykliczne warunki mokre i suche. Następnie próbki proszku na różnych głębokościach próbki są mielone po osiągnięciu wieku ekspozycji. Na koniec zawartość chlorków rozpuszczalnych w wodzie jest wykrywana za pomocą metody miareczkowania azotanu srebra i wykreślane są profile chlorkowe. Kluczem do poprawy dokładności rozkładu chlorków na głębokości jest wykluczenie błędu w proszeniu, które jest najbardziej krytycznym krokiem w badaniu rozkładu chlorków. Opierając się na powyższej koncepcji, metoda mielenia w tym protokole może być stosowana do automatycznego mielenia próbek proszku warstwa po warstwie od powierzchni do wewnątrz i należy zauważyć, że można uzyskać bardzo cienką grubość mielenia (mniej niż 0,5 mm) przy minimalnym błędzie mniejszym niż 0,04 mm. Profil chlorkowy uzyskany tą metodą lepiej odzwierciedla rozkład chlorków w próbkach, co pomaga naukowcom uchwycić cechy rozmieszczenia, które często są pomijane. Ponadto metoda ta może być stosowana do badań w zakresie materiałów na bazie cementu, które wymagają wysokiej dokładności dystrybucji chlorków.

Wprowadzenie

Korozja stali zbrojeniowej wywołana chlorkami jest jedną z głównych przyczyn zagrażających żywotności konstrukcji żelbetowych narażonych na agresywne środowisko (np. środowisko morskie lub środowisko soli do odladzania). Rozkład chlorków można wykorzystać do badań szybkości przenikania chlorków, stopnia korozji stali i prognoz żywotności. W związku z tym dokładny rozkład chlorków ma ogromne znaczenie dla badań trwałości konstrukcji.

Mechanizmy lub połączone działania wielu mechanizmów są odpowiedzialne za transport chlorków w w określonych środowiskach¹. W zanurzonych częściach struktur morskich czysta dyfuzja jest jedynym mechanizmem napędzającym wnikanie chlorków², co powoduje zmniejszanie się zawartości chlorków wraz ze wzrostem głębokości. jest w stanie nienasyconym³, gdy jest poddawany działaniu środowiska zwilżająco-suszącego, takiego jak morska strefa pływów lub środowisko soli odladzającej. W takich warunkach proces wnikania chlorków staje się bardzo skomplikowany i zarówno dyfuzja, jak i zasysanie kapilarne działają w transporcie chlorków⁴. W związku z tym dystrybucja chlorków w warunkach zwilżania i suszenia jest prawdopodobnie bardziej skomplikowana niż w warunkach zanurzenia. W związku z tym należy dokładniej zbadać rozkład chlorków w cyklicznych warunkach zwilżania i suszenia.

Rozkład chlorków w materiałach na bazie cementu jest zazwyczaj reprezentowany przez profil chlorkowy. Dokładność profilu chlorkowego zależy głównie od dwóch aspektów: dokładności zawartości chlorków i dokładności rozkładu chlorków na głębokości. Jeśli chodzi o test zawartości chlorków, podstawowa zasada opiera się na reakcji chemicznej między (Cl^-) i (Ag⁺)^5,6, chociaż różne standardy wymagają różnych specyficznych operacji. Dokładną zawartość chlorków można uzyskać, o ile przestrzegane są określone operacje. Jednak dokładność rozkładu chlorków na głębokości zależy głównie od dokładności miejsca pobierania próbek. Znane już metody uzyskiwania próbek o dużej mocy na różnych głębokościach próbki to wiertarka elektryczna, zwykła szlifierka i szlifierka profilowa. Niestety, wszystkie mają tę wadę, że dokładność jest niska, gdy grubość mielenia lub interwał próbkowania są małe. W związku z tym nie jest spełniony wymóg badania rozkładu chlorków w warstwie powierzchniowej próbek w warunkach cyklicznego zwilżania i suszenia. W związku z tym potrzebna jest nowa metoda, która może pozwolić na mniejszy interwał próbkowania (np. mniejszy niż 0,5 mm) i zredukować błąd do minimum (np. mniej niż 0,05 mm).

Szczegółowy protokół tutaj oferuje dokładniejszy sposób na uzyskanie profilu chlorków poprzez poprawę precyzji rozkładu chlorków na głębokości.

Protokół

Uwaga: Niektóre substancje chemiczne, takie jak azotan srebra, chromian potasu i stężony kwas siarkowy, używane w procesie testowania, są bardzo toksyczne i. Podczas ich używania należy stosować odpowiednie środki bezpieczeństwa, w tym nosić okulary ochronne, rękawice, fartuch laboratoryjny itp.

1. Przygotowanie próbek pasty

1. Przygotowanie formy
   1. Użyj szczotki, aby wyczyścić formę o rozmiarach 70 mm × 70 mm × 70 mm, upewniając się, że wewnętrzne powierzchnie formy są wolne od zanieczyszczeń.
   2. Równomiernie rozprowadź olej napędowy zapobiegający rozprzestrzenianiu się formy na wewnętrznych powierzchniach formy za pomocą drugiej szczotki.
2. Próbka pasty formierskiej
   1. Za pomocą wagi elektronicznej zważ 1000 g wody do plastikowego kubka o pojemności 1500 ml i 2000 g cementu do plastikowej miski o pojemności 3000 ml.
   2. Dodawać kolejno 1 000 g wody i 2 000 g cementu do 5 litrowego garnka do mieszania. Stosunek wody do cementu wynosi 0,5.
   3. Umieść garnek do mieszania na dnie mieszalnika do pasty cementowej i przymocuj go po podniesieniu do pozycji mieszania.
   4. Mieszaj z prędkością 65 obr./min przez 90 s.
   5. Pozostaw mieszaninę na 30 sekund. W tym czasie zeskrob pastę z wewnętrznej ścianki garnka za pomocą noża do skrobania i wymieszaj ją z resztą garnka. Mieszaj z prędkością 130 obr./min przez 60 s.
   6. Wyjmij garnek miksujący z miksera. Wlej dobrze wymieszaną pastę cementową do formy. Odgarnij pastę cementową za pomocą noża skrobaka i wibruj formą przez kilka sekund, aby zagęścić pastę na stole wibracyjnym
   .
   7. Po napełnieniu formy uszczelnij powierzchnię formy folią spożywczą, aby zapobiec parowaniu wilgoci. Pozostawić na 24 godziny w formowni w temperaturze 23 ± 2 °C.
3. Utwardzania
   1. Usuń stwardniałe próbki pasty z formy.
   2. Utwardzone próbki pasty umieścić w pomieszczeniu do utwardzania w temperaturze 23 ± 2 °C i wilgotności względnej 95% przez 60 dni.
4. cięcie
   1. Próbki należy wyjąć z utwardzalni po upływie 60 dni.
   2. Zamocuj próbkę na precyzyjnej maszynie do cięcia i odetnij 20 mm od powierzchni wolnej od pleśni. Przetworzone próbki o rozmiarach 70 mm × 70 mm × 50 mm zostaną następnie poddane ekspozycji na wnikanie chlorków.
5. Uszczelnianie żywicą epoksydową
   1. Przyjmując powierzchnię cięcia jako powierzchnię ekspozycyjną, uszczelnić pozostałe pięć powierzchni próbki (70 mm × 70 mm × 50 mm) żywicą epoksydową za pomocą pędzla. Objętość żywicy epoksydowej użytej do każdej próbki wynosi około 30 ml. Utwardź żywicę epoksydową poprzez nadziałanie powietrza przez 24 godziny
      UWAGA: Przygotować próbki do ekspozycji na wnikanie chlorków po stwardnieniu żywicy epoksydowej.

2. Cykliczne zwilżanie i suszenie

1. Dodaj 0,35 kg NaCI i 9,65 kg wody dejonizowanej do plastikowego wiadra o pojemności 15 l, aby uzyskać roztwór NaCI o stosunku masowym 3,5%.
2. Powierzchnią ekspozycyjną skierowaną w dół umieść próbki w plastikowym pudełku (50 cm × 30 cm × 20 cm) z dwoma szelkami ułożonymi na dnie. Klamra może być prętami ze stali nierdzewnej lub plastikowymi płytami siatkowymi. Obecność klamry sprawia, że powierzchnia ekspozycyjna zajmuje około 1,0 cm przestrzeni do dna pudełka.
3. Powoli wlej 3,5% roztwór NaCI do plastikowego pudełka i przestań, gdy poziom cieczy znajdzie się około 1,0 cm nad powierzchnią ekspozycji. Uszczelnij pudełko folią z tworzywa sztucznego (o grubości około 0,25 mm), aby zapobiec zmianom stężenia spowodowanym parowaniem. Następnie umieść plastikowe pudełko w pomieszczeniu o stałej temperaturze 23 ± 2 °C i wilgotności 65 ± 2%.
4. Począwszy od momentu wlania roztworu NaCl, próbki moczyć przez 24 godziny w celu przeprowadzenia procesu zwilżania.
5. Próbki wyjąć z roztworu po zwilżeniu przez 24 godziny, delikatnie zetrzeć pozostały roztwór ręcznikiem i umieścić je w tym samym pomieszczeniu o stałej temperaturze i wilgotności na 6 dni, co jest procesem suszenia.
6. Po suszeniu przez 6 dni ponownie umieścić próbki w roztworze NaCI
.
7. Powtórzyć kroki 2.5 i 2.6 (7 dni dla jednego cyklu zwilżania-suszenia), co daje łącznie 12 cykli.

3. Próbki proszku do mielenia

1. Po 12 cyklach mokro-sucho zamocuj próbkę na podstawie precyzyjnej szlifierki sterowanej numerycznie (CNC), która została przekształcona z frezarki poprzez zastąpienie oryginalnego frezu frezem ze stopu tytanu.
2. Przed rozpoczęciem mielenia umieść papier do zbierania proszku wokół próbki na podstawie szlifierki.
3. Uruchom precyzyjną szlifierkę CNC i poczekaj, aż system zostanie załadowany.
4. Naciśnij przycisk "ZERO" i kolejne przyciski "X→0", "Y→0", "Z→0", aby pulpit operacyjny i frez automatycznie powróciły do początku współrzędnych.
5. Naciśnij "Ręczne wprowadzanie danych (MDI)", kliknij dwukrotnie "PROGRAM", wprowadź "N3S1000" i kliknij "WEJŚCIE", a następnie naciśnij "CYCLE START", aby uruchomić wał główny. Należy pamiętać, że "N3S1000" oznacza, że prędkość obrotowa wału jest ustawiana na 1000 obr./min.
6. Załaduj główny program szlifowania: Naciśnij "MDI", kliknij kilkakrotnie "PROGRAM", aby znaleźć stronę "PROGRAM (KATALOG)" i wybierz odpowiedni program. Następnie kliknij "EDYTUJ" i naciśnij "WEJŚCIE", aby załadować główny program.
   UWAGA: Główny program można spersonalizować zgodnie z określonymi wymaganiami dotyczącymi mielenia, w tym ustawieniami całkowitej głębokości mielenia, liczby warstw, grubości każdej warstwy i odstępu czasu między szlifowaniem dwóch warstw. W przypadku tego protokołu całkowita głębokość szlifowania wynosi 10 mm, a liczba warstw 20; grubość szlifowania każdej warstwy wynosi 0,5 mm; A odstęp czasu między warstwami szlifowania wynosi 60 s. Szczegółowe informacje na temat programu można znaleźć w oświadczeniu.
7. Ustaw pozycję frezu: Najpierw kliknij "OBSŁUGA RĘCZNA", a następnie "WAŁEK GŁÓWNY DO PRZODU", aby obrócić wałek główny. Następnie kliknij "KOŁO RĘCZNE" i ręcznie ustaw frez w pozycji gotowej do mielenia (zwykle na jednej trzeciej przedniej lewej powierzchni próbki). Na koniec kliknij kolejno przyciski "SET" i "X", "INPUT", "Y", "INPUT", "Z" i "INPUT". Zapisz współrzędne względne jako oryginalne współrzędne przestrzeni, aby zakończyć ustawianie frezu.
8. Uruchom główny program mielenia: Naciśnij "START", a następnie kliknij przyciski "AUTO" i "CYCLE START". Maszyna rozpoczyna mielenie automatycznie zgodnie z zaprogramowanym oprogramowaniem.
   UWAGA: Podczas procesu mielenia proszek będzie gromadzony na papierze zbiorczym, który jest wstępnie rozprowadzany na podstawie maszyny. Po zmieleniu każdej warstwy frez uniesie się od próbki i pozostanie nieruchomy w kierunkach X, Y, Z przez 60 sekund, zgodnie z programem. Zbierz próbkę proszku podczas przerwy 60 s i ponownie rozłóż papier zbierający.
   UWAGA: Chociaż frez przestaje się poruszać w kierunkach X, Y, Z, nadal się obraca. Należy zwrócić uwagę, aby nie dotykać frezu żadnymi częściami ciała, aby uniknąć obrażeń. Poza tym konieczne jest używanie maski i rękawiczek ze względu na pył powstający podczas procesu mielenia.
9. Wyłącz maszynę po zakończeniu szlifowania.

4. Wykrywanie zawartości chlorków⁷

1. Przygotowanie roztworu
   1. Roztwór chromianu potasu
      1. Rozpuścić 5 g chromianu potasu w 20 ml wody dejonizowanej. Dodać 10 mg azotanu srebra. Dobrze wstrząsnąć i odstawić na 24 godziny < /> UWAGA: Chromian potasu i azotan srebra są toksyczne. Podczas korzystania z nich konieczne jest noszenie gumowych rękawiczek i maski.
      2. Przefiltrować roztwór do kolby stożkowej z lejkiem i bibułą filtracyjną i przenieść go do kolby miarowej o pojemności 100 ml. Dodaj wodę dejonizowaną, aż osiągniesz znak kalibracji 100 ml. Uzyskuje się wskaźnik chromianu potasu o stężeniu 5%.
   2. Przygotować 0,5% roztwór fenoloftaleiny: Rozpuścić 0,5 g fenoloftaleiny w 75 ml alkoholu etylowego. Dodaj 25 ml wody dejonizowanej i dobrze wstrząśnij.
   3. Przygotować rozcieńczony kwas siarkowy: Rozpuścić 5 ml stężonego kwasu siarkowego (98,3%) w 100 ml wody dejonizowanej.
      UWAGA: Stężony kwas siarkowy jest bardzo. Podczas korzystania z niego należy nosić gumowe rękawice, maskę i okulary.
   4. Roztwór wzorcowy NaCI
      1. Podgrzać około 2 g czystego chlorku sodu w temperaturze poniżej 200 - 300 °C w tyglu z piecem elektrycznym i mieszać szklaną pałeczką podczas tego procesu, aż nie będą słychać odgłosów pękania soli (pozbawionej wody).
      2. Po schłodzeniu w eksykatorze pobrać 1,169 g kryształów NaCI, rozpuścić w kolbie miarowej o pojemności 1,000 ml ze 100 ml wody dejonizowanej. Dodaj wodę dejonizowaną, aż osiągniesz znak kalibracji 1,000 ml. Otrzymuje się roztwór wzorcowy NaCl o stężeniu 0,02 M. Obliczyć stężenie roztworu wzorcowego NaCl za pomocą poniższego równania:
         
         gdzie, C_NaCl jest wzorcowym stężeniem roztworu NaCl, mol/l; V jest objętością roztworu, L; M jest masą molową NaCl, 58,45 g/mol; m jest masą NaCl, g.
   5. Roztwór azotanu srebra
      1. Rozpuść 1,7 g azotanu srebra w 100 ml wody dejonizowanej za pomocą łamacza o pojemności 200 ml. Przenieś go do brązowej kolby miarowej o pojemności 1,000 ml i dodaj wodę dejonizowaną do znaku kalibracyjnego 1,000 ml.
      2. Odpipetować trzy jednostki o pojemności 10 ml (V₁) 0,02 M wzorcowego roztworu NaCI do trzech stożkowych kolb. Dodaj 10 kropli wskaźnika chromianu potasu do każdej z zakraplaczem.
      3. Miareczkować roztwór z kroku 4.1.5.2 przygotowanym azotowaniem srebra z kroku 4.1.5.1. Zatrzymaj się, gdy roztwór stanie się czerwonawy, a czerwony kolor nie zniknie. Zanotować objętość zużytego roztworu azotowania srebra (_V2). Obliczyć standardowe stężenie roztworu azotu srebra za pomocą poniższego równania i przyjąć średnią wartość z trzech wyników testów.
         
         gdzie, C_AgNO3 jest stężeniem roztworu azotanu srebra, mol/l; V₁ jest objętością roztworu NaCl, 10 ml; V₂ to objętość zużytego roztworu azotanu srebra, ml.
2. Zawartość chlorków rozpuszczalnych w wodzie
   1. Każdą próbkę otrzymaną w sekcji 3 należy zmielić w moździerzu do momentu, aż będzie można ją przesiać przez sito o średnicy 80 μm. Przesiane próbki podgrzać i wysuszyć w temperaturze 105 °C przez 2 godziny w piecu.
   2. Weź 2 g każdej wysuszonej próbki, umieść je w plastikowych butelkach o pojemności 100 ml, dodaj 50 ml (V₃) wody dejonizowanej za pomocą pipety miarowej o pojemności 50 ml i zamknij butelki nakrętkami. Mocno potrząśnij butelkami, aby zagwarantować, że próbka i woda dejonizowana są dobrze wymieszane.
   3. Przymocuj plastikowe butelki do wibratora automatycznego i wibruj przez 24 godziny, aby rozpuścić rozpuszczalny w wodzie chlorek z próbek.
   4. Roztwór przefiltrować w butelkach po wibrowaniu przez 24 godziny za pomocą lejków i bibuły filtracyjnej. Odpipetować dwie jednostki przefiltrowanego roztworu o pojemności 10 ml (V₄) z każdej butelki do dwóch kolb stożkowych.
   5. Dodać dwie krople roztworu fenoloftaleiny do każdej kolby stożkowej, aby roztwór był purpurowoczerwony. Zneutralizować roztwór do bezbarwnego rozcieńczonym kwasem siarkowym.
   6. Dodać 10 kropli wskaźnika chromianu potasu do bezbarwnego roztworu i natychmiast miareczkować roztworem azotanu srebra. Podczas miareczkowania należy ręcznie wstrząsnąć kolbą stożkową, aby upewnić się, że jony chlorkowe szybko i całkowicie reagują z azotanem srebra. Przestań miareczkować, gdy roztwór stanie się czerwonawy, a czerwony kolor nie zniknie. Zanotować objętość spożytego roztworu azotanu srebra (V₅).
   7. Obliczyć zawartość chlorku rozpuszczalnego w wodzie za pomocą poniższego równania i przyjąć średnią wartość z dwóch wyników badania.
      
      gdzie, C_w jest zawartością chlorków rozpuszczalnych w wodzie w próbce pasty, % cementu; m_s jest masą próbki proszku o masie 2 g; V₃ oznacza objętość wody dejonizowanej użytej do rozpuszczenia próbki, 50 ml; V₄ jest objętością przefiltrowanego roztworu ekstrahowanego przy każdym nitrowaniu, 10 ml; V₅ jest objętością roztworu azotanu srebra zużytą przy każdym nitrowaniu, ml; M_cl jest masą molową Cl, 35.5 g/mol.
   8. Wykreślić profile chlorków rozpuszczalnych w wodzie po uzyskaniu zawartości chlorków na różnych głębokościach próbek pasty.

5. Test dokładności grubości szlifowania

1. Ustaw pięć grubości szlifowania: 1,0 mm, 0,5 mm, 0,2 mm, 0,1 mm i 0,05 mm w głównym programie szlifowania. Zmiel każdą grubością pięć razy.
2. Zmierz grubość próbki przed zmieleniem (H₁) i po zmieleniu (H₂) za pomocą suwmiarki z noniuszem i oblicz praktyczną grubość mielenia za pomocą poniższego równania. Nie zdejmuj próbki z maszyny podczas pomiaru, aby zagwarantować wiarygodność pomiaru.
   
   gdzie, P jest praktyczną grubością szlifowania, mm; H₁ to grubość próbki przed szlifowaniem, mm; H₂ to grubość próbki po zmieleniu, mm.

Wyniki

Zbierane są oryginalne dane i wyniki statystyczne dotyczące dokładności grubości szlifowania (Tabela 1)⁸. Średnia i błąd są używane do odzwierciedlenia dokładności, a odchylenie standardowe (SD) służy do odzwierciedlenia spójności tej metody.

Zawartość rozpuszczalnych w wodzie chlorków w okresie testowym 0,5 mm (Rysunek 1) i 2,0 mm (

Dyskusja

Błąd szlifowania precyzyjnej frezarki CNC jest kontrolowany w zakresie 0,04 mm, a odchylenie standardowe jest mniejsze niż 0,03 mm (tabela 1)⁸. Dowodzi to, że ta metoda mielenia charakteryzuje się wysokim stopniem dokładności i stabilności w pomiarach zawartości chlorków w funkcji głębokości, przyczyniając się do lepszego zobrazowania rzeczywistego rozkładu chlorków w próbkach.

Gdy odstęp między badaniami wynosi 0,5 mm, przy wzroście głębokości od powie...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Cement	Jiangnan Xiaoyetian	P.II. 52,5
Chromian potasu, 99,7%	Tianjin Kemiou		HG391887 Toksyczny
alkohol etylowy	Sinopharm	XK10009257
Azotan srebra, 99,8%	Sinopharm	7761888	Toksyczna
fenoloftaleina, 99,5%	Tianjin Fuchen	XK1301100017
Skoncentrowany kwas siarkowy, 98,3%	Shanghai Lingfeng	XK1301100085008	Silnie
chlorek sodu, 99,7%	Xilong Scientific	XK1320100153
Olej napędowy	Chiny Ropa naftowa	0#
Żywica epoksydowa	Yifeng Chemical	E44-6101
Woda dejonizowana	Pekin Liyuan	PUW-10N
Frezowanie CNC meachine	Foshan Xiandao Technologia cyfrowa	C31E
Mieszalnik pasty cementowej	Wuxi Budownictwo i inżynieria	NJ160
Precyzyjna maszyna do cięcia	Buehler	2215
Miejsce mieszania	Wuxi Budownictwo i inżynieria	JJ-5
Nóż skrobakowy	Jinzheng Materiały budowlane	CD-3
Folia spożywcza	Miao Jie	65300
Forma (70mm& razy; 70mm i razy; 70mm)	Jingluda	ABS707
Plastikowe pudełko	Fangao Household	32797
Klamra ze stali nierdzewnej	An Feng	316L
Paper	Deli	A4
Piekarnik	Shanghai Huatai	DHG-9070A
Automatyczny wibrator	Lichen	HY-4
Stół wibracyjny	Jianyi	GZ-75
folia z tworzywa sztucznego	Miao Jie	65303
Suwmiarka z noniuszem	Linki	601-01
Waga elektroniczna	Setra	BL-4100F
Plastikowa podszewka butelki	Plastikowa	454
Szczotka	Huoniu	3#
Maska	UVEX	3220
Rękawiczki	Ammex	TLFGWC
Plastikowy kubek	Maineng	MN4613
Eksykator	Shenfei	GZ300
Bibuła filtracyjna	Hangzhou Wohua	9614051
Zakraplacz	Huaou	1630
Wyłącznik	Huaou	1101
Lejek	Huaou	1504
Cylinder miarowy	Huaou	1601
wolumetryczny błysk	Huaou	1621
Stożkowy błysk	Huaou	1121
Pipeta	Huaou	1633
Biureta	Huaou	1462
Moździerz	Huaou	YBMM254
80µ m sito	Shanghai Dongxing	KJ-80
Tygiel	Oamay	GYGG
Piec elektryczny	Tyler	SX-B06