Detectando a distribuição de cloreto solúvel em água da pasta de cimento em uma maneira de alta precisão

Resumo

Um protocolo para obtenção de um perfil de cloreto solúvel em água utilizando uma alta precisão, método de trituração é apresentado.

Resumo

Para melhorar a precisão da distribuição ao longo da profundidade cloreto de pasta de cimento sob condições de seca e molhada cíclicas, propõe-se um novo método para obter um perfil de alta precisão de cloreto. Em primeiro lugar, colar espécimes são moldados, curados e expostos a condições de seca e molhada cíclicas. Em seguida, amostras de pó em profundidades diferentes espécime são moídas quando for atingida a idade de exposição. Finalmente, o teor de cloreto solúvel em água é detectado usando um método de titulação de nitrato de prata, e perfis de cloreto são plotadas. A chave para melhorar a precisão da distribuição ao longo da profundidade do cloreto é excluir o erro no powderization, que é o passo mais crítico para testar a distribuição de cloreto. Baseado no conceito acima, o método de moagem no presente protocolo pode ser usado para moer pó amostras automaticamente camada por camada da superfície para dentro, e deve-se notar que uma espessura de moagem muito fina (menos de 0,5 mm) com um erro mínimo, a menos de 0,04 mm ca n ser obtidos. O perfil de cloreto obtido por esse método reflecte melhor a distribuição de cloreto nas amostras, que ajuda os pesquisadores para capturar as características de distribuição que são muitas vezes negligenciadas. Além disso, este método pode ser aplicado a estudos no campo de materiais à base de cimento, que exigem precisão de distribuição de alto cloreto.

Introdução

A Cloreto induzida por corrosão de aço de reforço é uma das principais causas comprometendo a vida útil das estruturas de concreto armado exposto a um ambiente agressivo (ex., ambiente marinho ou ambiente de sais de degelo). A distribuição de cloreto pode ser usada para investigações sobre a taxa de penetração de cloreto, a quantidade de aço à corrosão e as previsões da vida útil. Portanto, uma distribuição de cloreto precisa é de grande importância para a pesquisa da durabilidade de estruturas de betão.

Mecanismos ou ações combinadas de vários mecanismos são responsáveis pelo transporte de cloreto no concreto sob ambientes específicos¹. Em partes submersas de estruturas marinhas, difusão pura é o único mecanismo de condução cloreto ingresso², que faz com que o cloreto de conteúdo para diminuir com o aumento da profundidade. Concreto está em um estado não-saturada³ quando submetido a um ambiente de molhamento e secagem como uma zona tidal Marinha ou um ambiente de sal anti-gelo. Em tais condições, o processo de ingresso de cloreto se torna muito complicado e tanto a difusão e a sucção capilar operam em cloreto de transporte⁴. Assim, a distribuição de cloreto sob condições de molhamento e secagem é mais complicada do que em um estado submerso. Portanto, a distribuição de cloreto sob condições de molhamento e secagem cíclicas precisa ser estudado mais precisamente.

A distribuição de cloreto em materiais à base de cimento é normalmente representada por um perfil de cloreto. A precisão de um perfil de cloreto depende principalmente dois aspectos: a exatidão do conteúdo de cloreto e a precisão de distribuição cloreto ao longo da profundidade. Sobre o teste de conteúdo de cloreto, o princípio básico é baseado na reação química entre (Cl.^–) e (Ag⁺)^5,6, embora diferentes padrões exigem diferentes operações específicas. O teor de cloreto exata pode ser adquirido como operações específicas são seguidas. No entanto, a precisão da distribuição ao longo da profundidade do cloreto depende principalmente a precisão da posição de amostragem. Os métodos já conhecidos para a obtenção de amostras de poder em diferentes profundidades de amostra são uma furadeira elétrica, uma máquina de moagem normal e um moedor de perfil. Infelizmente, todos eles compartilham uma desvantagem como a precisão é baixa quando o intervalo de espessura ou amostragem de moagem é pequeno. Assim, a obrigação de investigar a distribuição de cloreto na camada superficial de amostras sob condição cíclica de molhamento e secagem não for cumprida. Portanto, um novo método que pode permitir que um menor intervalo de amostragem (por exemplo, menos de 0,5 mm) e reduzir ao mínimo o erro (por exemplo, inferior a 0,05 mm) é necessária.

O protocolo detalhado aqui oferece uma maneira mais precisa para obter um perfil de cloreto, melhorando a precisão de distribuição cloreto ao longo da profundidade.

Protocolo

Cuidado: Vários dos produtos químicos, tais como o nitrato de prata, cromato de potássio e ácido sulfúrico concentrado, usado no processo de teste são extremamente tóxicas e corrosivas. Por favor, adote medidas de segurança adequadas ao usá-los, incluindo o uso de óculos de segurança, luvas, avental, etc.

1. preparação das amostras de pasta

1. Preparação do molde
   1. Use um pincel para limpar um molde do tamanho 70 mm × 70 × 70, certificar-se que as superfícies internas do molde são livres de impurezas.
   2. Escova óleo diesel de molde-lançamento uniformemente na superfície interna do molde usando outra escova.
2. Amostra de pasta de moldagem
   1. Use uma balança eletrônica para pesar 1.000 g de água em um copo de plástico de 1.500 mL e 2.000 g de cimento em uma bacia de plástico de 3.000 mL.
   2. Adicione água de 1.000 g e 2.000 g de cimento em um pote de mistura de 5L sequencialmente. A água a proporção de cimento é 0,5.
   3. Coloque a panela de mistura sobre a base de uma betoneira de colar e aperte-o depois elevando-o para a posição de agita.
   4. Mix em 65 rpm para 90 s.
   5. Deixe a mistura descansar por 30 s. Durante este período, raspar a cola na parede interna do pote, usando uma faca raspador e misturá-lo para o resto da panela. Mistura a 130 rpm por 60 s.
   6. Remova o pote de mistura do misturador. Despeje o cimento bem misturado colar no molde. A pá de pasta de cimento com uma faca do raspador e vibrar o molde durante vários segundos para compactar a massa sobre uma mesa vibratória.
   7. Depois de encher o molde, sele a superfície do molde com filme plástico para evitar a evaporação da umidade. Deixe descansar por 24 h no molde a 23 ± 2 ° C.
3. Cura
   1. Remova as pasta endurecida amostras do molde.
   2. Lugar endurecido colar espécimes em uma sala de cura no 23 ± 2 ° C e 95% de umidade relativa para 60D.
4. Corte
   1. Leve amostras fora da sala de cura após a 60D.
   2. Corrigir o espécime em uma máquina de corte de alta precisão e corte 20 mm da superfície livre de mofo. Os espécimes processados de tamanho 70 × 70 milímetros × 50 mm serão submetidos a exposição de ingresso de cloreto depois.
5. Selagem com resina epóxi
   1. Tendo a superfície de corte como a superfície de exposição, selar as superfícies outras cinco da amostra (70 mm × 70 milímetros × 50 mm) com resina epóxi, usando um pincel. O volume de resina epóxi, utilizado para cada amostra é cerca de 30 mL. Endurece a resina epóxi através da exposição de ar por 24h.
      Nota: Prepare amostras para a exposição de ingresso de cloreto após endurecer a resina epóxi.

2. cíclico molhante e secagem

1. Adicionar 0,35 kg de NaCl e 9,65 kg de água desionizada num balde plástico 15L para um NaCI solução com uma relação massa de 3,5%.
2. Com a superfície de exposição virada para baixo, lugar de espécimes em uma caixa de plástico (50 cm × 30 cm × 20 cm) com duas chaves, colocado na parte inferior. A cinta pode ser aço inoxidável barras ou placas de plástico grade. A presença do aparelho permite que a superfície de exposição com cerca de 1,0 cm de espaço para o fundo da caixa.
3. Despeje a 3,5% NaCl solução lentamente para a caixa de plástico e para quando o nível do líquido é de cerca de 1,0 cm acima da superfície de exposição. Sele a caixa com um filme plástico (cerca de 0,25 mm de espessura) para impedir alterações de concentração causadas por evaporação. Em seguida, colocar a caixa de plástico em uma sala com temperatura constante de 23 ± 2 ° C e umidade de 65 ± 2%.
4. A partir do tempo de abrir a solução de NaCl, embeba espécimes para 24 h para o processo de umectação.
5. Amostras fora da solução após umectante para 24h, limpe a solução residual com uma toalha delicadamente e colocá-los na mesma constante temperatura e umidade sala para 6 d, que é o processo de secagem.
6. Após a secagem para 6D, recolocada espécimes para a solução de NaCl.
7. Repita as etapas de 2.5 e 2.6 (7D para um ciclo de molhamento e secagem) para um total de 12 ciclos.

3. amostras de pó de moagem

1. Após 12 ciclos de seca e molhada, conserte o espécime na base do computador de alta precisão numérica controlado (CNC) máquina de moedura, que foi convertida de uma máquina de trituração, substituindo o cortador original com um cortador de liga de titânio.
2. Coloque papel de recolha de pó ao redor da amostra na base de uma máquina de moer antes de começar a moer.
3. Inicie a máquina de trituração do CNC de alta precisão e esperar até que o sistema é carregado.
4. Pressione o botão "ZERO" e a subsequente "X→0", "Y→0", "Z→0" botões para fazer a mesa de operação e fresa retornar à origem de coordenadas automaticamente.
5. Pressione "Manual de dados de entrada (MDI)", dê um duplo clique em "Programa", "N3S1000" de entrada e clique em "INPUT", pressione "Ciclo START" para iniciar o eixo principal. Observe que o "N3S1000" significa que a velocidade revolvendo do eixo está sendo definida a 1000 rpm.
6. Carregar o programa principal de moagem: pressione "MDI", clique em "Programa" repetidamente para encontrar a página do "Programa (catálogo)" e selecione o programa apropriado. Em seguida, clique em "Editar" e clique em "Entrada" para carregar o programa principal.
   Nota: O programa principal pode ser personalizado de acordo com um requisito específico de moagem, incluindo configurações do total profundidade, número de camadas, espessura de cada camada e o intervalo de tempo entre duas camadas de moedura de moagem. Para este protocolo, o total de moagem de profundidade é de 10mm e o número de camadas é 20; a moagem espessura de cada camada é 0,5 mm; e o intervalo de tempo entre camadas de moagem é de 60 s. Veja a divulgação para obter detalhes do programa.
7. Definir a posição de cortador de trituração: primeiro, clique em "MANUAL de operação" e "MAINSHAFT FORWARD" para girar o eixo principal. Em seguida, clique em "Roda de mão" e ajustar manualmente o cortador para a posição de pronto-a-moagem (geralmente no terço da superfície do espécime de frente-esquerda). Finalmente, clique em "SET" e "X", "Entrada", "Y", "Entrada", "Z" e "Entrada" botões posteriormente. Recorde o parente coordena como as coordenadas de espaço original para terminar a configuração de cortador.
8. Lançamento do principal programa de moagem: pressione "START" e, em seguida, clique nos botões "AUTO" e "Ciclo START" posteriormente. A máquina começa a Ranger automaticamente como pré-programados.
   Nota: Durante o processo de moagem, o pó será acumulado sobre o papel de coletando que pre-está espalhado na base da máquina. Após a moagem de cada camada, a fresa surgirá longe o espécime e permanecer parada no X, Y, Z direções por 60 s conforme programado. Recolher uma amostra de pó durante a pausa de s 60 e espalhar novamente o papel de coletando.
   Atenção: Embora a fresa para de se mover, em X, Y, Z, sentidos, ele ainda está a rodar. Deve prestar atenção para evitar tocar a fresa com quaisquer partes do corpo para evitar lesões. Além disso, é necessário usar uma máscara e luvas devido a poeira gerada durante o processo de moagem.
9. Desligar a máquina depois de terminar de moagem.

4. detecção de conteúdo de cloreto⁷

1. Preparação da solução
   1. Solução de cromato de potássio
      1. Dissolva 5 g de cromato de potássio em 20 mL de água desionizada. Adicione 10 mg de nitrato de prata. Agite bem e deixe descansar por 24 h.
         Cuidado: Cromato de potássio e de nitrato de prata são tóxicos. É necessário usar luvas de borracha e uma máscara ao usá-los.
      2. Filtrar a solução num Erlenmeyer com um funil e papel de filtro e mova-o para um balão volumétrico de 100 mL. Adicione água desionizada até atingir a marca de calibração de 100 mL. O indicador de cromato de potássio de concentração 5% é obtido.
   2. Preparar a solução de fenolftaleína 0,5%: dissolver 0,5 g de fenolftaleína em 75 mL de álcool etílico. Adicionar 25 mL de água desionizada e agite bem.
   3. Prepare-se ácido sulfúrico diluído: dissolver 5 mL de ácido sulfúrico concentrado (98,3%) em 100 mL de água desionizada.
      Cuidado: O ácido sulfúrico concentrado é muito corrosivo. É necessário usar luvas de borracha, uma máscara e óculos de proteção ao usá-lo.
   4. Solução padrão de NaCl
      1. Aqueça cerca de 2 g de cloreto de sódio puro abaixo de 200-300 ° C em um cadinho com forno eléctrico e agitar com uma vareta de vidro durante o processo até que não haja nenhum som de sal rachando (desprovido de água).
      2. Após arrefecimento num exsicador, tomar 1,169 g de cristais de NaCl, dissolver num balão volumétrico de 1.000 mL, com 100 mL de água desionizada. Adicione água desionizada até atingir a marca de calibração de 1.000 mL. Obtém-se uma solução padrão de NaCl de 0,02 M. Calcule a concentração da solução padrão de NaCl com a equação abaixo:
         
         onde, C_NaCl é a concentração padrão de NaCl solução, mol/L; V é o volume da solução, L; M é a massa molar do NaCl, 58.45 g/mol; m é a massa de NaCl, g.
   5. Solução de nitrato de prata
      1. Dissolva 1,7 g de nitrato de prata em 100 mL de água desionizada com um disjuntor de 200 mL. Mova-o para um balão volumétrico de 1.000 mL marrom e adicionar água desionizada até ao traço de calibração de 1.000 mL.
      2. Pipete três unidades de 10 mL (V₁) da solução padrão de NaCl 0,02 M para três frascos cónicos. Adicione 10 gotas de indicador cromato de potássio em cada um com um conta-gotas.
      3. Titule a solução da etapa 4.1.5.2 com a nitração prata preparada da etapa 4.1.5.1. Pare quando a solução torna-se avermelhada e a cor vermelha não se desvanece afastado. Registre o volume de solução de nitração prata consumida (V.₂). Calcular a concentração padrão de solução de prata nitração com a equação abaixo e tomar o valor médio de três resultados de testes.
         
         Onde, C_AgNO3 é a concentração de nitrato de prata solução, mol/L; V₁ é o volume da solução de NaCl, 10 mL; V₂ é o volume da solução de nitrato de prata consumida, mL.
2. Teor de cloreto solúvel em água
   1. Triture todas as amostras obtidas na secção 3 em um almofariz até que pode ser peneirado através de uma peneira de 80 µm. Aquecer e secar as amostras peneiradas a 105 ° C por 2 h no forno.
   2. Tomar 2 g de cada amostra seca, colocá-los em garrafas de plástico de 100 mL, adicionar 50 mL (V₃) de água desionizada com uma medição pipeta de 50 mL e selar as garrafas com tampas. Agite os frascos violentamente para garantir que a amostra e água desionizada são bem misturados.
   3. Apertem os frascos plásticos em um vibrador automático e vibrar durante 24 h dissolver o cloreto solúvel em água de amostras.
   4. Filtre a solução em frascos após vibrar durante 24 h com funil e papel de filtro. Pipete duas unidades (V₄) de 10 mL da solução filtrada de cada garrafa para dois frascos cónicos.
   5. Adicione duas gotas de solução de fenolftaleína a cada balão de Erlenmeyer tornar a solução apresentar vermelho purpúreo. Neutralize a solução incolor com ácido sulfúrico diluído.
   6. Adicionar 10 gotas de indicador cromato de potássio na solução incolor e titular imediatamente com solução de nitrato de prata. Agite o balão de Erlenmeyer manualmente durante a titulação para se certificar de que os iões de cloro reagem com nitrato de prata rapidamente e completamente. Pare titulada quando a solução torna-se avermelhada e a cor vermelha não se desvanece afastado. Registre o volume de solução de nitrato de prata consumida (V.₅).
   7. Calcular o teor de cloreto solúvel em água, com a equação abaixo e pegue o valor médio dos dois testes resultados.
      
      onde, C_w é o teor de cloreto solúvel em água da amostra de pasta, % de cimento; m_s é a massa da amostra em pó, 2 g; V.₃ é o volume de água desionizada, utilizado para dissolver a amostra, 50 mL; V.₄ é o volume da solução filtrada extraído em cada nitração, 10 mL; V.₅ é o volume da solução de nitrato de prata consumido em cada nitração, mL; M_cl é a massa molar do Cl, 35,5 g/mol.
   8. Traça perfis de cloreto solúvel em água depois de obter o teor de cloreto em diferentes profundidades de espécimes de colar.

5. precisão teste de moagem de espessura

1. Definir cinco moagem espessuras: 1,0 mm, 0.5 mm, 0.2 mm, 0,1 mm e 0,05 mm na moagem principal do programa. Moer com espessura de cada cinco vezes.
2. Medir a espessura da amostra antes da trituração (H₁) e após a moagem (H₂) com um compasso de calibre vernier e calcular a espessura de moagem prática com a equação abaixo. Não derrubar o espécime da máquina durante a medição para garantir a confiabilidade da medição.
   
   Onde, P é a espessura de moagem prática, mm; H₁ é a espessura da amostra antes da trituração, mm; H₂ é a espessura da amostra após a moagem, mm.

Resultados

O originais dados e resultados estatísticos sobre a precisão de espessura de moagem são coletados (tabela 1)⁸. Média e o erro são usados para refletir a precisão e desvio padrão (SD) é usado para refletir a consistência deste método.

O teor de cloreto solúvel em água do intervalo de teste (Figura 1) de 0,5 mm e 2,0 mm (Figura 2

Discussão

O erro de moagem da máquina de trituração do CNC de alta precisão é controlado dentro de 0,04 mm e o desvio padrão é menor do que 0,03 mm (tabela 1)⁸. Prova que esse método de moagem tem um alto grau de precisão e estabilidade nas medições do conteúdo de cloreto em função da profundidade, contribuindo para uma melhor ilustração da distribuição real cloreto nas amostras.

Quando o intervalo de teste é de 0,5 mm, com a profundidade da superfície aumentando...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Cimento	Jiangnan Xiaoyetian	P.II. 52,5
cromato de potássio, 99,7%	Tianjin Kemiou	HG391887
álcool etílico	Sinopharm	XK10009257
nitrato de prata, 99,8%	Sinopharm	7761888
fenolftaleína tóxica, 99,5%	Tianjin Fuchen	XK1301100017
Ácido sulfúrico concentrado, 98,3%	Shanghai Lingfeng	XK1301100085008	altamente corrosivo
, 99,7%	Xilong Scientific	XK1320100153
óleo diesel	China Petróleo	0 #
resina epóxi	Yifeng Chemical	E44-6101
Água deionizada	Pequim Liyuan	PUW-10N
CNC Fresagem meachine	Foshan Xiandao Digital Technology	C31E
Misturador de pasta de cimento	Wuxi Construção e Engenharia	NJ160
Máquina de corte de alta precisão	Buehler	2215
Ponto de mistura	Wuxi Construção e Engenharia	JJ-5
Faca raspadora	Jinzheng Materiais de construção	CD-3
Filme aderente	Molde Miao Jie	65300
(70mm&vezes; 70mm× 70mm)	Jingluda	ABS707
caixa de Plástico	Fangao Household	32797
cinta de aço inoxidável	Um Feng	316L
Papel	Deli	A4
Forno	Shanghai Huatai	DHG-9070A
Vibrador automático	Líquen	HY-4
Mesa vibratória	Jianyi	GZ-75
filme plástico	Miao Jie	65303
Vernier caliper	Links	601-01
Balança Eletrônica	Setra	BL-4100F
Garrafa de Plástico	Forro Plástico	454
Escova	Huoniu	3 #
Máscara	UVEX	3220
Luvas	Ammex	TLFGWC
copo de plástico	Maineng	MN4613
Dessecador	Shenfei	GZ300
Papel de filtro	Hangzhou Wohua	9614051
Conta-gotas	Huaou	1630
Disjuntor	Huaou	1101
Funil	Huaou	1504
Cilindro de medição	Huaou	1601
flash volumétrico	Huaou	1621
Flash cônico	Huaou	1121
Pipeta	Huaou	1633
Burette	Huaou	1462
Mortar		Huaou YBMM254
80µ m peneira	Shanghai Dongxing	KJ-80
Cadinho	Oamay	GYGG
Forno elétrico	Tyler	SX-B06