ОТРАСЛЕВАЯ ДОРОЖНАЯ МЕТОДИКА


Методика определения содержания хлоридов в железобетонных конструкциях мостовых сооружений
(вторая редакция)

Методика разработана по заказу Департамента эксплуатации и сохранности автомобильных дорог Государственной службы дорожного хозяйства Министерства транспорта Российской Федерации.

Разработчик: Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), кафедра "Мосты" (Матвеев В.К., Харебава Ю.Б.).

Методика предназначена для специалистов организаций, занимающихся обследованиями железобетонных автодорожных мостов, контролем качества бетонных работ, а также для исследовательских организаций.

Методика основана на определении содержания хлорид-иона в водной вытяжке из бетонного порошка методом прямой потенциометрии с помощью комбинированного ионоселективного электрода.

1. Предисловие

Долговечность железобетонных мостов во многом зависит от состояния пассивирующих свойств бетона по отношению к арматуре. Пассивирующие свойства бетона определяются, в первую очередь, содержанием хлоридов, а также нейтрализацией (карбонизацией) бетона. Определение степени и глубины карбонизации бетона на практике не вызывает затруднений. Количественное определение содержания хлоридов в бетоне является более сложной задачей.

Для автодорожных мостов данная проблема является актуальной в связи с тем, что на автодорогах широко применяются антигололедные хлоридсодержащие смеси. Накапливающиеся с течением времени хлориды оказывают агрессивное воздействие на бетон и арматуру.

В МГУПС (МИИТ) с 1998 года выполняется определение содержания хлоридов в бетоне мостовых сооружений на автомобильных дорогах методом прямой потенциометрии с использованием ионоселективных электродов. Метод прямой потенциометрии при простоте и высокой экспрессности обладает высокой надежностью, так как при каждой серии измерений выполняется калибрование по образцам с известной концентрацией.

Метод применим как в лабораторных, так и в полевых условиях. Применяемое оборудование компактно, не требует энергоснабжения и специализированного помещения. Используемые реактивы не представляют вреда для здоровья и окружающей среды.

2. Терминология

Ионоселективный электрод (ИСЭ) - измерительный электрод, чувствительный к определенным ионам, содержащимся в растворе. ИСЭ оснащен измерительной мембраной, пропускающей ионы конкретного типа.

Буферный регулятор общей ионной силы (БРОИС) - раствор с высокой ионной силой, добавляемый в равной пропорции как к калибровочному, так и к исследуемому растворам для создания одинаковой ионной силы во всех растворах. Минимизирует погрешности измерений из-за разницы в ионной силе растворов.

Комбинированный ИСЭ - измерительный электрод, совмещающий индикаторный электрод и электрод сравнения в едином корпусе.

Хлорид-электрод - ИСЭ селективный к ионам хлора.

Иономер - специализированный милливольтметр, снабженный микропроцессором, предназначенный для измерения электрических потенциалов между измерительным электродом и электродом.

Отравление электрода - химическая реакция на поверхности мембраны, в результате которой снижается чувствительность электрода. Во многих случаях нейтрализуется шлифованием поверхности мембраны или обработкой кондиционирующими составами, рекомендованными производителями электродов.

Калибровочный график - график, построенный по измерениям, выполненным для набора эталонных растворов. По оси ординат откладывается концентрация иона в % в логарифмическом масштабе, по оси абсцисс - величина потенциала. По графику с помощью интерполяции определяется концентрация определяемого иона в исследуемом растворе.

Прямая потенциометрия - метод измерений с помощью ИСЭ. Электрод погружается в исследуемый раствор, снимаются показания в милливольтах. Концентрация иона в исследуемом растворе напрямую по значению потенциала определяются по калибровочному графику.

Водорастворимый (свободный) хлорид - хлорид, не связанный в устойчивые химические соединения.

3. Общие положения

Настоящая методика может быть использована для определения содержания свободного хлорида в бетоне при выполнении работ по диагностике, предремонтных и специальных обследованиях, при контроле качества ремонта железобетонных автодорожных мостов, при выполнении научно-исследовательских работ.

Данная методика позволяет определить содержание хлоридов в процентах от массы цемента. Определению подлежит водорастворимый (химически несвязанный) хлорид, в основном инициирующий коррозию арматуры.

Для выполнения измерений навеска бетона в виде порошка, полученного ударным сверлением, дроблением в ступке и т.д., разводится в дистиллированной воде. После выдержки, достаточной для почти полного растворения свободного хлорида, выполняется определение концентрации хлорид-иона с использованием калибровочного графика. Концентрация эталонных образцов, используемых для построения калибровочного графика, подобрана так, чтобы непосредственно определить концентрацию хлоридов в пробе бетона. Для определения концентрации хлорида от массы цемента необходимы данные по расходу цемента на данный бетон. Расход цемента определяется из исполнительной документации, по экспериментальным данным. При отсутствии документальных и экспериментальных данных принимается приближенный коэффициент перехода

Диапазон определяемых концентраций свободного хлорида находится в пределах 0.005% - 0.5% от массы бетона.

4. Средства измерения

     
4.1. Оборудование и реактивы для анализа

Для определения содержания хлоридов в бетоне необходим следующий минимальный набор оборудования и реактивов:

1. Перфоратор с победитовыми бурами d=10, 12, 14, 16, 18 мм.

2. Полиэтиленовые пакеты с замками для сбора и хранения бетонного порошка (по количеству проб).

3. Измерительный ионоселективный электрод (хлорид-электрод) комбинированного типа с кристаллической мембраной, в комплекте с рабочими реактивами, поставляемыми производителем электрода.

4. Измерительный прибор (цифровой милливольтметр с высоким входным сопротивлением, рН-метр, иономер) с разъемом, совместимым с разъемом используемого электрода.

5. Фильтры бумажные обеззоленные по ГОСТ 12026-76.

6. Весы лабораторные общего назначения 4-го класса точности, с допускаемой погрешностью взвешивания ±20 мг по ГОСТ 24104-88*.

__________________

Действует ГОСТ 24104-2001. - Примечание изготовителя базы данных.

7. Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

8. Натрий хлористый, квалификация х.ч., по ГОСТ 4237-77.

9. Колбы мерные наливные 2-го класса точности, вместимостью 50, 100 и 500 см по ГОСТ 1770-74.

10. Пипетки градуированные вместимостью 25 см по ГОСТ 29227-91.

11. Флаконы (с закрывающейся крышкой) вместимостью не - менее 30 мл (по количеству проб).

4.2. Измерительные электроды

Для измерений используется хлорид-электрод (электрод, селективный к ионам хлора) с кристаллической мембраной. Данная методика ориентирована на применение электродов комбинированного типа, которые не требуют электрода сравнения, что значительно упрощает процесс измерений. Данным требованиям отвечают комбинированные электроды фирмы "Thermo Orion Research" (США), код электрода 9617В или другие аналогичные. Электрод должен быть снабжен разъемом, совместимым с разъемом на измерительном приборе.

Технические характеристики электрода должны быть не ниже следующих:

Линейный диапазон определения активности хлор-иона: от 3.55 до 3550 мг/л;

Электрическое сопротивление электродной системы при 20°С: не более 1.0 Мом;

Допустимый диапазон рН анализируемого раствора: от 3 до 10.

4.3. Измерительные блоки

Для измерения потенциалов используются цифровые милливольтметры с высоким входным сопротивлением. Предпочтительно использование специализированных приборов - иономеров или рН-метров с возможностью измерения ЭДС (в мВ). Применяемые приборы должны иметь разъемы, совместимые с разъемами используемых электродов. Используемые приборы должны обладать техническими характеристиками не ниже следующих:

Следует отдавать предпочтение приборам, имеющим дискретность измерения 0.1мВ, это позволяет более удобно следить за стабилизацией показаний.

4.4. Обслуживание оборудования