GB/T 42272—2022水泥胶砂氯离子扩散系数检测方法

The method for determining the chloride diffusion coefficient for cement mortar

 1 范围

本文件规定了水泥胶砂氯离子扩散系数检测方法的仪器设备、材料、试验室条件、试体成型、试体养 护、氯离子扩散系数检测、试验结果与处理、检测允许偏差和性能评价。

本文件适用于通用硅酸盐水泥、海工硅酸盐水泥及其他指定采用本文件的水泥。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件。不注日期的引用文件，其版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。

GB175   通用硅酸盐水泥

GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法

GB/T17671   水泥胶砂强度检验方法(ISO 法 )

JC/T 681 行星式水泥胶砂搅拌机

JC/T723   水泥胶砂振动台

JC/T726   水泥胶砂试模

3  术语和定义

本文件没有需要界定的术语和定义。

4 方法概要

将按固定灰砂比和水灰比成型并养护至28 d 的水泥胶砂试体，在真空饱盐设备负压条件下静置一 定时间后，在一定浓度的氯化钠(NaCl) 溶液中浸泡18 h。 将试体擦干后，通过检测试体电导率，基于 Nernst-Einstein 方程计算得到水泥胶砂氯离子扩散系数。

5 仪器设备

5.1 水泥胶砂搅拌机

应符合JC/T 681的规定。

5.2 水泥胶砂振动台

应符合JC/T 723的规定。

5.3 试模

试模由隔板、端板、底板、紧固装置及定位销组成，如图1所示。试模可同时成型3条100mm×100mm×50mm试体且可拆卸。试模总质量为(8.75±0.25)kg, 其他技术要求应符合JC/T  726 的规定。 

单位为毫米

标引序号说明：

1——隔板；

2——端板；

3——紧固装置；

4——底座；

5——定位销。

图 1 水泥胶砂试模结构示意图

5.4  下料漏斗

漏斗整体材质宜为镀锌板，厚度为(0.5±0.1)mm。 漏斗模套及其紧固卡臂材质应为45号钢，厚度

为12mm。  下料漏斗结构和规格要求如图2所示。

单位为毫米   

标引序号说明：

1 —— 漏斗；

2——模套；

3——紧固卡臂。

图 2  下料漏斗结构示意图

5.5 天平

量程不小于2000g, 分度值不大于1g。

5.6  真空饱盐装置

5.6.1 基本组成

主要由饱盐容器和真空泵及其控制装置等部分组成，基本结构如图3所示 

标引序号说明：

1——进/出水口；

2——抽气口；

3——饱盐容器；

4——氯化钠溶液；

5——试体；

6——真空泵及其控制装置。

图 3  真空饱盐装置结构示意图

5.6.2  饱盐容器

容器材质应为304等级以上不锈钢或玻璃材质，且容器密封性应良好，并通过阀门与真空泵相连。

5.6.3  真空泵及其控制装置

应保证饱盐容器内部负压维持在-0.080 MPa～-0.085MPa。

5.7  水泥氯离子扩散系数检测装置

应符合附录 A 的有关规定。

6  材料

6.1 标准砂和试验用水

符合GB/T 17671的规定。

6.2  氯化钠(NaCl) 溶液

用不低于分析纯的氯化钠与不低于GB/T 6682中要求的三级水配制，溶液浓度为4mol/L。

 7  实验室条件

 实验室温度、相对湿度要求应符合GB/T 17671 的规定。氯离子扩散系数检测时实验室相对湿度应不小于60%。

8 水泥胶砂组成与成型

8.1 每组水泥胶砂需准确称取水泥(900±2)g,中国ISO标准砂两小袋共(2700±10)g,水灰比为0.5。 中国 ISO 标准砂应符合 GB/T 17671的规定。掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸 盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥成型时，水泥胶砂流动度应不小于180mm; 否则，应按 GB 175有关规定调整相应加水量。

8.2 水泥胶砂搅拌按GB/T17671的规定进行。搅拌过程中可进行人工辅助加砂。

8.3 成型前先将试模和下料漏斗卡紧在振动台中心。再将搅拌好的胶砂分两次填入试模中。次 将约一半物料填入试模中，开启振动台振动(120±5)s;然后将余下物料加入试模中再振动(120±5)s。

8.4 振动完毕后取下试模，按GB/T17671 中的规定刮平试体，标明试体编号。

9 试体养护

试体养护按GB/T17671 的规定进行，养护龄期为28 d。

10 氯离子扩散系数检测

10.1 检测前准备

10.1.1  氯化钠(NaCl) 溶液配制

氯离子扩散系数检测前应先配制氯化钠溶液(4 mol/L), 且每次试验需制备10L 以上。每升氯化 钠溶液的配制，需将准确称取的234 g 氯化钠(NaCl) 置于烧杯中，加水溶解后转移至1 L 容量瓶中，用 水稀释至刻度，摇匀。溶液配制好后需在(20±2)℃温度下静止8 h。

10.1.2 试体饱盐

将养护至龄期的待测试体垂直放在饱盐容器内，加盖密封并开启真空饱盐装置，启动真空泵，打开气路阀门，使其在-0.080 MPa～-0.085MPa压力下抽吸4 h。 然后，关闭气路，开启水路，使饱盐容器吸入配制好的氯化钠(NaCI)溶液，至液面距试体上表面高度不少于2cm。 然后，关闭水路，再开启气路并 在一0.080MPa～-0.085MPa压力下抽吸2h,并保持饱盐容器压力恒定在一0.080 MPa～—0.085MPa, 让试体在氯化钠溶液中静置18h。

10.1.3 表面处理

检测前用潮湿洁净毛巾轻轻擦除试体测试区上下表面多余水分，使其表面没有明显溶液；同时用干 毛巾或纸巾轻轻擦干试体侧壁。

10.2  氯离子扩散系数检测

将饱盐后待测试体放在测试电极中间，并确保电极与试体表面紧密接触。开启符合附录A要求的氯离子扩散系数自动检测装置进行检测。扩散系数检测装置通过系统数据采集与处理会自动计算氯离 子扩散系数。在测试过程中，每块试体检测应在15 min 内完成。如果检测系统出现不正常现象，查明 原因后可重新进行以上操作。

11 试验结果与处理

11.1 试验结果

扩散系数检测结果由检测系统直接计算出来，检测结果精确至0.01×10^-12m²/s。

11.2 结果处理

以3块试体检测结果的平均值为氯离子扩散系数最终检测结果。若3块试体中有1块检测结果与 平均值相对偏差超过10%时，应以余下2块试体结果平均值作为最终检测结果；若有2块试体检测结 果与平均值偏差大于10%时，则需重新进行检测。

12  检测方法允许偏差

12.1  重复性

同一样品由同一实验室、同一操作人员用相同设备短时间内检测结果的相对允许偏差不应超过10%。

12.2 再现性

同一样品由不同实验室、不同人员用不同设备检测结果的相对允许偏差不应超过20%。

13  水泥胶砂氯离子渗透性能评价

水泥胶砂抗氯离子渗透能力可按表1进行评价。

表 1 水泥胶砂抗氯离子渗透性能评价

附 录  A

(规范性)

水泥氯离子扩散系数检测装置

A.1 基本结构

检测装置主要由测试电极、直流稳压电源、电压和电流数据采集与处理系统几部分组成，其基本结 构如图 A.1 所示。

标引序号说明：

1——测试电极；

2——待测试体；

3——直流稳压电源；

4——数据采集与处理装置。

图 A.1  氯离子扩散系数检测装置结构示意图

A.2 技术要求

A.2.1 测试夹具

测试夹具由绝缘材料制成，具有上下对中的两个紫铜电极，或者为左右对中且带有溶液槽的两个有 机玻璃体，溶液槽直径为φ50mm, 中间固定有直径φ(50±0.1)mm  铜板电极，溶液槽内装满4mol/L  氯化钠溶液，溶液槽与接线端口相连。两个紫铜电极或有机玻璃体的间距可以调整，以便于取放试体。

A.2.2  测试电极

测试电极应为紫铜材料制成，表面需经抛光处理，其直径为φ(50±0.1)mm, 厚度(25±0.5)mm。

当测试夹具为带有溶液槽的有机玻璃体时，测试电极为直径更(50±0.1)mm  表面穿孔的铜电极板，厚 度(0.5±0.1)mm。

A.2.3 直流稳压电源

直流稳压电源0V～10V,  电压可自动进行调节。

A.2.4  测试电压

测试电极两端电压0V～10V,  精确到±0.1V。

A.2.5  测试电流

测试电流范围0 mA～300 mA,精确到±0.1mA。

A.2.6    仪器校准

试体检前或仪器设备出现故障时应进行仪器校准。仪器校准时，将0.1%精度标称阻值为300Ω、 1000Ω和2000Ω的精密电阻依次接入检测设备的测试端，测试电压和测试电流精度应满足本文件要求。

A.2.7    数据采集与处理方法

在检测过程中，检测装置的测试电压应控制在0V～10V 范围内，以每分钟增大1V  的频率检测 通过试体的电流，且有效电流检测数目应不少于9个，测试电压与电流应有良好的线性关系。检测装置 能自动采集和保存测试电压与电流数据。检测结束后，数据处理系统按公式(A. 1)   自动计算试体氯离 子扩散系数，并显示计算结果。每块试体的检测结果以与平均值偏差在5%以内的检测数据的平均值计算。

 … … … … … … … … … … … …(A. 1)

式中：

D_i          氯离子扩散系数，即单位时间单位面积上氯离子通过数量，单位为平方米每秒(m²/s); R   ——气体常数，8.314,单位为焦耳每摩尔开(J/mol ·K);

T   ——环境温度，单位为开(K);  如环境温度为25℃,T=273    K+25    K=298    K;

σ_i——   试件的电导率，单位为西门子每米(S/m);

Z_i—— 粒子电荷数或价数；

F——Faraday常数，为96500库每摩尔(C/mol);