一种硫铝酸盐水泥硬化浆体孔隙液组成测定方法与流程

本发明涉及硫铝酸盐水泥硬化浆体孔隙液组成测定方法，属于水泥材料研发领域，也属于分析化学领域。

背景技术：

混凝土中钢筋钝化膜的生成是以水泥基材料孔隙液作为基础，所以孔隙液的特性对钢筋的钝化膜质量至关重要，已成为钢筋混凝土结构耐久性研究重点。

目前常用的硅酸盐水泥基材料孔隙液主要含有ca²⁺，na⁺，k⁺，oh^-和so4^2-，对钢筋钝化的影响主要表现在孔隙液的碱度和离子组成。根据poursaee等人研究结果来看，在ph>13的模拟孔隙液中钢筋表面生成稳定的钝化膜需要3d，在ph<12.6的模拟孔隙液中则至少需要8d，当混凝土孔隙溶液的碱度下降到11.5左右时钢筋将不能钝化。

另外，不同水泥孔隙液组成，造成钢筋钝化膜成分发生了变化。在不含ca(oh)2的溶液中，钝化膜主要由α-fe2o3，γ-fe2o3和α-feooh组成；加入ca(oh)2后，钝化膜则主要由γ-fe2o3组成，电荷转移电阻也有显著提高。然而，目前大量研究都以饱和氢氧化钙(ph＝12.5)作为主要模拟孔溶液研究钢筋锈蚀，直接忽略了其它离子对钢筋钝化产生影响。

混凝土孔隙液作为水泥水化的液相产物，其性质受到胶凝材料组成的影响。硫铝酸盐水泥(sac)具有早强、快硬的特点，近年来广泛用于修补、抢修等工程。但这种水泥与硅酸盐水泥基材料孔隙液的碱度和离子组成差异较大，具有完全不同的水化反应过程，不能单纯用ca(oh)2溶液进行模拟研究。

为了准确获得水泥基材料孔隙液组成，可采用高压法(porewaterexpression)对水泥试件高压提取孔隙液。但是压滤法具有一定的局限性，不仅设备复杂、重复性差，所压试件必须具有较高的含水率。制备试件采用高水胶比，一般pc水胶比为0.5，sac为0.7-0.8，不适用于低水胶比试件或实际工程中取得的样品。而且高压法产量较低，250g样品仅能获得1-2ml孔隙液，样品数量常常不能满足实验要求。

固液萃取法(ex-situleaching)利用硬化浆体溶解，是另一种常用的获得水泥基材料孔隙液组成的。然而因实验过程中外加水的引入，造成溶液中各离子浓度下降，孔隙液测试结果与真实情况仍有差距。

所以，针对硫铝酸盐水泥基材料中多离子协同作用的特点，有必要开发一种简单准确的硫铝酸盐水泥硬化浆体孔隙液组成测定方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，面向硫铝酸盐水泥基材料中多离子协同作用特点，针对高压法和固液萃取法的不足，提供一种简单准确测定硫铝酸盐水泥硬化浆体孔隙液组成的方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种硫铝酸盐水泥硬化浆体孔隙液组成测定方法，包括下述步骤：

(1)试样制备

按0.5的水胶比将水加入硫铝酸盐水泥中，搅拌后按标准制备净浆试件，并养护至规定龄期；

(2)自由水含量测定

切取三分之一的净浆试件，称量其重量为w1；破碎后放入烘箱，在60℃烘干至恒重w2；计算净浆试件中的自由水含量w为：w＝(w1-w2)/w1×100％；

(3)液相提取

取剩余的净浆试件，破碎、研磨后过80μm筛；取过筛后的粉末按1:1质量比与去离子水混合；以不低于1200转/分的转速搅拌5分钟后，用离心机分离，提取上层萃取液；

(4)孔隙液浓度分析

用硝酸溶液将萃取液稀释至5倍体积(使孔隙液酸化防止金属离子沉淀)，以离子色谱仪分析混合溶液中所含各元素的浓度并修正，结果记为孔隙液浓度ce；

(5)孔隙液浓度修正

按照公式对各元素的浓度数据进行修正，换算得到实际自由水含量条件下的各元素离子浓度cp的数据。

本发明中，所述步骤(4)中所使用的硝酸溶液的质量浓度为6.5％。

与现有的孔隙液测定方法相比，本发明的有益效果是：

1、采用常规化学分析设备，避免高压操作，简单易行、重复性好；

2、确定萃取液溶解比例为1:1，降低对溶液离子组成影响；

3、适用不同胶凝材料种类及水胶比，能够获得各种条件下水泥基材料孔隙液组成；

4、避免因去离子水引入造成的离子浓度下降，真实还原水泥内部孔隙组成。

具体实施方式

下述实施例以山东某公司生产的42.5级快硬硫铝酸盐水泥为例，采用以下步骤确定水泥孔隙液组成：

1)试样制备：按0.5的水胶比将水加入硫铝酸盐水泥中，在净浆搅拌机中搅拌2分钟，按标准制备40×40×160mm试件。6小时后拆模，用塑封袋密封放置在标准养护至规定龄期。

2)自由水含量测定：从试件上切下三分之一，称量其重量w1后，将其快速破碎后放入烘箱，60℃烘干至恒重w2。则自由水含量w为：w＝(w1-w2)/w1×100％。

3)液相提取：用压力试验机破碎剩余的试件，进一步用研钵研磨粉碎。将粉料通过80μm筛，取20克粉末与20ml去离子水混合，以不低于1200转/分的转速搅拌5分钟后，用离心机分离提取上层萃取液。

4)孔隙液化学分析：取10ml萃取液，用质量浓度为6.5％的硝酸溶液稀释至50ml体积(使溶液酸化防止金属离子沉淀)，再用离子色谱仪分析混合溶液中所含各元素的浓度并修正为孔隙液浓度ce。

5)孔隙液浓度修正：测得自由水含量w为3.5％，按照将结果换算至以实际自由水含量条件下的离子浓度cp。

按上述实施例中的操作步骤，获得不同龄期条件下硫铝酸盐水泥试样中的孔隙液组成如表1所示。

表1不同龄期孔隙液主要离子浓度

从上表中的数据可以看出，与传统ca(oh)2的模拟孔隙溶液相比，本发明的测定方法能够检测出na⁺、k⁺、ca²⁺、so4^2-等多种此前技术无法检出的离子，因而其结果更接近真实水泥孔隙液组成及浓度。通过对不同龄期试样的检测，可以获得不同龄期孔隙液组成变化情况，为不同龄期硫铝酸盐水泥基材料中钢筋钝化膜的研究提供重要基础。