本协议描述了用 X 射线荧光法从胶凝体系中表达新鲜孔隙溶液的方法和离子成分的测定。离子组成可用于计算孔隙溶液的电阻率, 并可与混凝土电阻率一起使用, 确定地层因素。
该方法的目的是确定从新鲜糊样中表达的胶凝孔隙溶液的化学成分和电阻率。孔隙溶液是用加压氮气系统用新鲜的糊样来表达的。然后, 毛孔溶液立即转移到注射器, 以减少蒸发和碳化。之后, 组装测试容器用于 X 射线荧光 (XRF) 测量。这些容器由两个同心塑料圆筒和一个密封两个打开的边之一的聚丙烯薄膜组成。在 XRF 测量之前, 将孔隙溶液加入容器中。对 XRF 进行校准, 以检测孔隙溶液中的主要离子种类, 特别是钠 (钠+)、钾 (钾+)、钙 (钙2 +) 和硫化物 (S2), 以计算硫酸盐 (42-), 使用计量.氢氧化物 (OH) 可以计算从电荷平衡。为了计算溶液的电阻率, 采用了主要离子种类的浓度和斯奈德等的模型。孔隙溶液的电阻率可以与混凝土的电阻率一起使用, 以确定混凝土的形成系数。XRF 是目前确定孔隙溶液组成的一种可能的替代方法, 它可以在减少时间和成本方面提供好处。
混凝土的输运性能由其形成因素决定, 这是微观结构1的基本措施。形成因素被定义为产物的逆在连接性和孔隙度之间混凝土2。在方程 13中, 根据混凝土电阻率和孔隙溶液电阻率的比值, 可以计算出地层系数。
(1)
这里
= 体积或混凝土电阻率 (Ωm);
= 孔隙溶液的电阻率 (Ωm)。
根据美国各 PP84-17 附录 X2 和其他文献4、5中概述的方法, 在硬化混凝土上使用电阻率计可以很容易地确定混凝土的体积电阻率。本文的目的是为用 X 射线荧光 (XRF) 光谱法从新鲜糊中表达孔隙溶液和溶液离子成分分析提供指导。用商用材料 (气缸和胶片) 在 XRF 中测试了所表达的孔隙溶液。用 XRF 检测的离子成分可用于多混凝土耐久性的应用, 也可用于计算孔隙溶液的电阻率, 最终确定地层系数6。
目前确定孔隙溶液化学成分的方法, 如电感耦合等离子体 (ICP)7、原子吸收光谱 (原子吸收光谱法)8和离子色谱 (IC)9, 可能代价高昂, 耗时, 而且相当辛苦。此外, 在某些情况下, 必须使用多种方法, 以获得在孔隙溶液中主要离子物种的完整描述10。XRF 可以作为替代这些方法, 其中的组成的孔隙溶液可以获得相对较低的成本和较短的测试时间相比, 常规方法。
XRF 是水泥工业中常用的一种技术, 因为它主要用于分析在整个水泥生产过程11、12 的质量控制和质量保证制造材料的化学成分..因此, 这一方法将描述如何使用该技术, 使水泥生产厂家使用此工具, 提供更多的信息的孔隙溶液组成的不同水泥批次。总的来说, 使用 XRF 来解决毛孔问题, 可能会扩大这种技术在多个应用领域的应用, 并且可以相对较快地在工业中实现。
由于这是一种敏感的化学分析方法, 因此必须有防止污染的实验室做法。对于这种方法, 关键的是校准标准是专门执行高纯度化学品 (> 99%)。将孔隙溶液转移到注射器中时, 确保溶液中没有可见的水泥颗粒, 以避免孔隙溶液中的任何变化。当储存在一个密封的注射器在恒定的温度为 5, 1 °c, 已观察到孔隙溶液保持一个不变的化学成分长达7天。
该协议的主要局限性之一是, 所概述的表达方法只能用于新鲜的糊状标本, 不适用于后期的样品。对于晚期或硬化样品, 需要使用高压萃取模20的表达方法。另一个限制是, 在 XRF 中测试需要最少2克的解, 因为小于2克的量不提供一个恒定的样本高度, 可以覆盖整个容器的底部表面。这最后的限制适用于本研究中使用的特定设置。不同的设置可能允许减少测试所需的最小孔隙溶液量。另一个限制是, 该模型不太可能适用于含有富矿渣水泥的系统, 因为诸如二硫化碳 (HS)等物种可能存在, 如 Vollpracht 所述. 14。
由于 XRF 是水泥工业中常用的技术, 这种方法有可能使水泥生产厂家使用已经在其手中的工具, 提供更多关于胶孔溶液的信息, 如化学成分和电阻率为众多的应用, 并在较低的成本和测试时间比常规方法。例如, 在比较 ICP (一种常用的孔隙溶液成分测试方法) 的样品制备和测试时间时, 测试时间从每样样品的50分钟减少到8分钟, 使用 XRF。这种方法可以扩展 XRF 的应用, 并有可能在工业中得到相当快的实施。
XRF 可用于确定孔隙溶液中的主要元素浓度。这表明使用 XRF 的应用, 如 (i) 确定孔隙溶液的组成, 以研究胶凝相21或 (ii) 的溶解动力学, 确定化学外加剂22的效果。早期孔隙溶液和混凝土电阻率测量可作为混凝土水灰比的一种测量方法, 在质量控制中有潜在的应用潜力。
The authors have nothing to disclose.
作者希望通过 DTFH61-12-H-00010 向 Kiewit 运输研究所和联邦公路管理局 (FHWA) 提供部分财政支持。本文介绍的所有实验室工作都是在俄勒冈州立大学的 Kiewit 运输研究所进行的。
Energy Disperssive X-Ray Fluorescence Benchtop Spectrometer | Malvern PANalytical | Epsilon 3XLE or Epsilon 4 | |
35 mm Sample Cups for Liquids | Malvern PANalytical | 9425 888 00024 | Panalytical Consumables Catalogue 2016 for XRF Accessories and Consumables Catalog |
4 micron Polypropylene Film | Malvern PANalytical | 9425 888 00029 | Panalytical Consumables Catalogue 2016 for XRF Accessories and Consumables Catalog |
Syringe, 5 mL | VWR | 53548-005 | HSW Norm-Ject Sterile Luer-Slip syringes, Air-Tite |
Needle, 16Gx1'' | VWR | 89219-334 | Premium Veterinary Hypodermic Needles, Sterile, Air-Tite |
Container | VWR | 15704-092 | VWR Specimen containers, Polypropylene with Polyethylene Caps |
Pressurized Filter Holder | EMD Millipore | XX4004700 | 100 mL capacity, 47 mm filter diameter |
MCE Membrane Filter | PALL | 63069 | 47 mm diameter, 0.45 μm pore size |
Silicone Funnell | SpiceLuxe | SLP-122513-F1 | Top opening 2 1/2″, Bottom opening 3/4″, Height 2 3/4″ |