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一種混凝土中氫氧化鈣含量的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于土木工程材料試驗方法【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種混凝土中氫氧化鈣含量的測定方法,先將混凝土試樣沿深度分層磨粉得到混凝土粉末，并將混凝土粉末盛放于密封袋中，密封袋的表面注明混凝土試樣的磨取深度；再將密封袋中的混凝土粉末分為兩份，第一份測量碳化前的混凝土粉末中碳酸鈣的含量；第二份完全碳化后測量得到完全碳化后的混凝土粉末中碳酸鈣的含量；最后根據(jù)碳化前后的混凝土粉末中碳酸鈣的含量對比計算得出混凝土粉末中氫氧化鈣的含量，完成氫氧化鈣的測定；其測定方法簡單，原理科學(xué)可靠，操作方便，成本低，精確度高，環(huán)境友好。
【專利說明】一種混凝土中氫氧化耗含量的測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于土木工程材料試驗方法【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種精確測定水泥基材料（混 凝土、砂漿等）中Ca(0H)2含量的方法，特別是一種混凝土中氫氧化鈣含量的測定方法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 硅酸鹽水泥是多礦物、多組分的物質(zhì)，它與水拌合后，就立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，根據(jù) 目前的研究，硅酸鹽水泥加水后，鋁酸三鈣立即發(fā)生反應(yīng)，硅酸三鈣和鐵硫酸四鈣也很快水 化，而硅酸二鈣則水化較慢。如果忽略一些次要的和少量的成分，則硅酸鹽水泥與水作用 后，生成的主要水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化 硫鋁酸鈣晶體，在充分水化的水泥石中，C-S-H凝膠約占70 %，氫氧化鈣約占20%，鈣礬石 和單硫型水化硫鋁酸鈣約占7 %，測量水泥石中的氫氧化鈣能對膠凝材料水化程度進(jìn)行評 價。
[0003] 目前，關(guān)于氫氧化鈣測定方法已經(jīng)有專利涉及，中國專利201320005214. 9公開了 一種水泥基材料中氫氧化鈣含量的測定裝置，該測定裝置由冷卻系統(tǒng)、煮沸系統(tǒng)和滴定系 統(tǒng)組成，使用煮沸然后滴定直接獲得試樣中Ca(0H) 2的含量，但是使用儀器復(fù)雜，步驟稍顯 繁瑣，精確度較低，對于實驗條件的要求較高，該方法的效率比較低。Ca (0H) 2含量在一定濕 度條件下，在二氧化碳?xì)怏w作用下，可反應(yīng)生成碳酸鈣。這一過程被稱為混凝土的碳化?；?凝土的碳化即中性化，主要是指空氣中的二氧化碳?xì)怏w通過混凝土中未完全充水的毛細(xì)孔 擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部，并且與混凝土中的孔溶液中溶解的氫氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)，生成碳酸鹽及 其他物質(zhì)。同時，混凝土中的水化硅酸鈣以及未水化的硅酸三鈣、硅酸二鈣也要消耗一定得 二氧化碳?xì)怏w，生成碳酸鹽?；炷撂蓟兄饕奶蓟磻?yīng)如下（括號內(nèi)為25°C時的自由 焓）：
[0004] Ca (OH) 2+H20+C02 = CaC03+2H20( Δ G°298 =- 74. 75kJ/mol)
[0005] 3Ca0 · 2Si02 · 3H20+3H2C03 = 3CaC03+2Si02+6H20 ( Δ G°298 =- 74. 7kJ/mol)
[0006] 3Ca0 ·A1203 · 3CaS04 · 32H20+3H2C03 = 3CaC03+2Al (OH) 3+3CaS04+32H20 ( Λ G0298 =- 48.8kJ/mol)
[0007] 3Ca0 · A1203 · CaS04 · 12H20+3H2C03 = 3CaC03+2Al (OH) 3+CaS04+12H20 ( Λ G0298 =- 63.4kJ/mol)
[0008] 從熱力學(xué)角度，自由焓越小，化學(xué)反應(yīng)越易進(jìn)行；當(dāng)自由焓為正值時，化學(xué)反應(yīng)則 逆向進(jìn)行。上述碳化反應(yīng)說明，〇 &(0!1)2與(：-5-!1(水化硅酸鈣）是最容易發(fā)生碳化反應(yīng) 的，其他水化產(chǎn)物也參與碳化反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物均包含CaC0 3，測量CaC03是評價碳化程度 的方法之一。郭斌等【郭斌，閔盤榮，王國賓.水化硅酸鈣的碳化作用.硅酸鹽學(xué)報， 1984,12 (3) :287-295.】通過試驗表明，Ca (0H) 2和C-S-H凝膠都會受到碳化作用，但是初期 Ca (0H) 2的碳化較快；C-S-H的結(jié)晶度對碳化速度有很大影響，水化產(chǎn)物的結(jié)晶度愈差，比表 面積愈大，在相同條件下，碳化就越嚴(yán)重，C-S-H凝膠的比表面積為78. 77m2/g，而結(jié)晶好的 托貝莫來石為14. 3m2/g,完全碳化的時間，前者為4小時,后者為1152小時【孫抱真、蘇而 達(dá).水化硅酸鈣的結(jié)晶度與碳化速度.硅酸鹽學(xué)報，1984,12 (3) :281-286.】。所以快速碳 化主要完成的是Ca(OH)2的碳化。
[0009] 為了提高混凝土工程的耐久性，延長建筑的使用壽命，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā) 展戰(zhàn)略的實現(xiàn)，經(jīng)國家主管部門批準(zhǔn)，中國建筑科學(xué)研究院先后主編制（修）訂了國家標(biāo)準(zhǔn) 《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082-2009)耐久性配套標(biāo)準(zhǔn)，制訂 了《混凝土碳化試驗箱》(JG/T247-2009)混凝土耐久性配套標(biāo)準(zhǔn)，同時中國專利提出了多種 混凝土碳化試驗箱，例如抽拉式混凝土碳化試驗箱（201020677534)、具有自動除濕功能的 混凝土碳化試驗箱（201120205970)、一種混凝土碳化試驗箱（201220177530)、一種智能型 混凝土碳化試驗箱（01244866)和液晶顯示控制混凝土碳化試驗箱（201020677443)等，這 些方法和裝置在實驗室十分普遍，為混凝土碳化提供了條件，但是一般試驗對象是混凝土 和砂漿，所以碳化過程慢，試驗周期長。中國專利混凝土粉末打磨機（200810015905.0)提 出了對混凝土和砂漿試件分層打磨的方法，可以低于1毫米的單位沿混凝土或砂漿表面打 磨收集粉末。經(jīng)用粒度分析儀分析，以1毫米的單位打磨的粉末，其平均粒徑為10微米，保 證了粉末在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下，可在一天內(nèi)完成碳化。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，解決目前測量混凝土中Ca(0H)2含 量的方法中存在的問題，提出一種新的混凝土 Ca (0H) 2含量的檢測方法，其方法簡單，試驗 器材常用，試驗過程簡便，測量結(jié)果準(zhǔn)確性高。
[0011] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明根據(jù)混凝土碳化機理對混凝土粉末進(jìn)行完全碳化，測 量混凝土粉末碳化前后的碳酸鈣含量，通過對碳酸鈣含量前后差值的數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分 析，得到混凝土中0&(0!1)2含量沿深度變化的趨勢，其具體測定過程為：
[0012] (1)、采用現(xiàn)有的混凝土粉末打磨機將混凝土試樣按1_厚度沿深度分層磨粉得 到混凝土粉末，將混凝土粉末盛放于密封袋中，防止與空氣中的氣體發(fā)生反應(yīng)造成試驗誤 差，密封袋的表面注明混凝土試樣的磨取深度；
[0013] (2)、將密封袋中的混凝土粉末分為兩份，第一份使用精密混凝土碳化測量儀測量 得到碳化前的混凝土粉末中碳酸鈣的含量；第二份使用轉(zhuǎn)動式混凝土粉末碳化用容器將粉 末完全碳化，再使用精密混凝土碳化測量儀測量得到完全碳化后的混凝土粉末中碳酸鈣的 含量；
[0014] (3)、根據(jù)碳化前后的混凝土粉末中碳酸鈣的含量對比計算得出混凝土粉末中氫 氧化鈣的含量，完成氫氧化鈣的測定。
[0015] 本發(fā)明所述轉(zhuǎn)動式混凝土粉末碳化用容器的主體結(jié)構(gòu)包括把手、容器、孔槽、卡件 支腿和支架；盛放混凝土試樣的容器內(nèi)壁為弧形，便于混凝土試樣的取出，容器的兩端對稱 式分別制有把手，其中一個把手與支架平行，另一個把手與支架垂直，使支架在放入和取出 過程中，混凝土試樣不會灑出；箱式無蓋結(jié)構(gòu)的支架底面的四個角上分別制有一個卡件支 腿，支架前后兩側(cè)面的上端分別均勻制有五個孔槽，容器通過把手和孔槽固定安裝在支架 上；支架的數(shù)量根據(jù)不同數(shù)量的混凝土粉末試樣確定，每個支架固定五個容器，兩個支架通 過卡件支腿連接，通過增減支架的數(shù)量，確定容器的數(shù)量；試驗完成后，取出支架，通過轉(zhuǎn)動 容器倒出混凝土試樣；支架左右兩側(cè)面的高度低于前后兩側(cè)面的高度，使支架組合后，仍有 通道使氣體流入對混凝土試樣進(jìn)行碳化。
[0016] 本發(fā)明計算氫氧化鈣含量的具體過程為：稱取打磨后獲得的lg混凝土粉末，其中 Ca (0H) 2的質(zhì)量為A，分子量為74,通過精密混凝土碳化測量儀測得混凝土本身含有的CaC03 為B，分子量為100, lg混凝土粉末中的Ca(0H)2完全碳化后新增的CaC03質(zhì)量為C，根據(jù)反 應(yīng)式Ca (OH) 2+H20+C02 = CaC03+2H2，完全碳化后得到的CaC03質(zhì)量C = 100A/74,完全碳化后 的混凝土粉末質(zhì)量由lg增加為（1+26A/74) g，其中CaC03的質(zhì)量為B+C = B+100A/74, CaC03 的含量為（B+100A/74V(l+26A/74);再取完全碳化后的混凝土粉末lg通過精密混凝土碳 化測量儀進(jìn)行CaC0 3含量檢測，測得的CaC03質(zhì)量為D，使粉末內(nèi)部組成均勻，CaC03含量檢 測數(shù)據(jù)與理論計算的數(shù)據(jù)一致，即
[0017] D = (B+100A/74V(l+26A/74)由此得出：
[0018] A = 74(D-BV(100-26D)，即混凝土粉末中的Ca(0H)2的含量由混凝土碳化前后的 CaC03質(zhì)量變化推導(dǎo)得出。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：一是通過對混凝土或砂漿粉末碳化前后 碳酸鈣含量的測定，對混凝土中Ca(0H) 2含量進(jìn)行定量分析，試驗過程所用方法和裝置普 遍，試劑常見，取材方便，推廣性很強；二是繪制Ca(0H)2占混凝土粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿距離混 凝土表面的濃度分布曲線，若取得不同時間的Ca(0H) 2占混凝土粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿距離混 凝土表面的濃度分布曲線，則可了解混凝土中水泥的水化發(fā)展?fàn)顩r，對混凝土耐久性有直 觀的掌握；三是通過繪制Ca(0H) 2含量-深度曲線，直觀地反映不同深度混凝土水化狀況， 也能比較形同配合比混凝土在不同養(yǎng)護(hù)條件下，水化程度的差異；四是提出了重量相同條 件下，根據(jù)CaC0 3的質(zhì)量，計算Ca(0H)2的質(zhì)量與CaC03的質(zhì)量轉(zhuǎn)換關(guān)系；五是使用一種新型 的可轉(zhuǎn)動式混凝土粉末碳化用容器，使混凝土粉末碳化方便、高效；其測定方法簡單，原理 科學(xué)可靠，操作方便，成本低，精確度高，環(huán)境友好。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0020] 圖1為本發(fā)明涉及的混凝土內(nèi)0&〇)3和Ca(0H) 2含量沿深度變化趨勢理論曲線圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明使用的可轉(zhuǎn)動式混凝土粉末碳化用容器的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明所述容器結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0023] 圖4為本發(fā)明所述支架結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0024] 圖5為本發(fā)明所述支架組合使用結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0025] 圖6為本發(fā)明實施例涉及的混凝土內(nèi)CaC03和Ca(0H)2含量沿深度變化趨勢曲線 圖。

【具體實施方式】：
[0026] 下面通過實施例并結(jié)合附圖多本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0027] 本實施例根據(jù)混凝土碳化機理，對混凝土粉末進(jìn)行完全碳化，測量混凝土粉末碳 化前后的碳酸鈣含量，通過對碳酸鈣含量前后差值的數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析，得到混凝土中 Ca(0H)2含量沿深度變化的趨勢，其具體測量過程為：
[0028] (1)、采用現(xiàn)有的混凝土粉末打磨機將混凝土試樣按1_厚度沿深度分層磨粉得 到混凝土粉末，將混凝土粉末盛放于密封袋中，防止與空氣中的氣體發(fā)生反應(yīng)造成試驗誤 差，密封袋的表面注明混凝土試樣的磨取深度；
[0029] (2)、將混凝土粉末分為兩份，第一份使用精密混凝土碳化測量儀測量得到混凝土 粉末中碳酸鈣的含量；第二份使用可轉(zhuǎn)動式混凝土粉末碳化用容器將粉末完全碳化，再使 用精密混凝土碳化測量儀測量得到完全碳化后的混凝土粉末中碳酸鈣的含量；
[0030] (3)、根據(jù)碳化前后的混凝土粉末中碳酸鈣的含量計算得出混凝土粉末中氫氧化 鈣的含量，完成氫氧化鈣的測定。
[0031] 本實施例所述可轉(zhuǎn)動式混凝土粉末碳化用容器的主體結(jié)構(gòu)包括把手1、容器2、孔 槽3、卡件支腿4和支架5 ;容器2用于盛放混凝土試樣，容器2的內(nèi)壁為弧形，便于混凝土 試樣的取出，容器2的兩端對稱式分別制有一個把手1，其中一個把手1與支架5平行，另一 個把手1與支架5垂直，使支架5在放入和取出過程中，混凝土試樣不會灑出；箱式無蓋結(jié) 構(gòu)的支架5底面的四個角上分別制有一個卡件支腿4,支架5前后兩側(cè)面的上端分別均勻制 有五個孔槽3,容器2通過把手1和孔槽3固定安裝在支架上；支架5的數(shù)量根據(jù)不同數(shù)量 的混凝土粉末試樣確定，每個支架固定五個容器2,兩個支架5通過卡件支腿4連接，通過 增減支架5的數(shù)量，確定容器2的數(shù)量；試驗完成后，取出支架5,通過轉(zhuǎn)動容器2倒出混凝 土 2試樣；支架5左右兩側(cè)面的高度低于前后兩側(cè)面的高度，使支架5組合后，仍有通道使 氣體流入對混凝土試樣進(jìn)行碳化。
[0032] 本實施例計算氫氧化鈣含量的具體過程為：稱取打磨后獲得的lg混凝土粉末，其 中Ca(0H) 2的質(zhì)量為A，分子量為74,通過精密混凝土碳化測量儀測得混凝土本身含有的 CaC03為B，分子量為100, lg混凝土粉末中的Ca (0H) 2完全碳化后新增的CaC03質(zhì)量為C，根 據(jù)反應(yīng)式Ca (OH) 2+H20+C02 = CaC03+2H2，完全碳化后得到的CaC03質(zhì)量C = 100A/74,完全碳 化后的混凝土粉末質(zhì)量由lg增加為（l+26A/74)g，其中CaC03的質(zhì)量為B+C = B+100A/74， CaC03的含量為（B+100A/74V(l+26A/74);再取完全碳化后的混凝土粉末lg通過精密混凝 土碳化測量儀進(jìn)行CaC0 3含量檢測，測得的CaC03質(zhì)量為D，設(shè)粉末內(nèi)部組成均勻，則CaC03 含量檢測數(shù)據(jù)與理論計算的數(shù)據(jù)應(yīng)一致，即
[0033] D = (B+100A/74V(l+26A/74)由此得出：
[0034] A = 74(D-B) A100_26D)，即混凝土粉末中的Ca(0H)2的含量由混凝土碳化前后的 CaC03質(zhì)量變化推導(dǎo)得出。
[0035] 本實施例使用的精密混凝土碳化測量儀為專利2012206837675公開的精密混凝 土碳化測量裝置。
[0036] 實施例：
[0037] 本實施例制備混凝土的原材料中粗骨料為5?20mm的碎石，河砂得細(xì)度模數(shù)為 2. 8,水泥為P0. 42. 5普通硅酸鹽水泥，混凝土配合比如表1所示：
[0038] 表1 :河砂混凝土配合比（kg/m3)
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種混凝土中氫氧化鈣含量的測定方法，其特征在于根據(jù)混凝土碳化機理對混凝土 粉末進(jìn)行完全碳化，測量混凝土粉末碳化前后的碳酸鈣含量，通過對碳酸鈣含量前后差值 的數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析，得到混凝土中Ca(OH) 2含量沿深度變化的趨勢，其具體測定過程 為： (1) 、采用現(xiàn)有的混凝土粉末打磨機將混凝土試樣按1_厚度沿深度分層磨粉得到混 凝土粉末，將混凝土粉末盛放于密封袋中，防止與空氣中的氣體發(fā)生反應(yīng)造成試驗誤差，密 封袋的表面注明混凝土試樣的磨取深度； (2) 、將密封袋中的混凝土粉末分為兩份，第一份使用精密混凝土碳化測量儀測量得到 碳化前混凝土粉末中碳酸鈣的含量；第二份使用轉(zhuǎn)動式混凝土粉末碳化用容器將粉末完全 碳化，再使用精密混凝土碳化測量儀測量得到完全碳化后的混凝土粉末中碳酸鈣的含量； (3) 、根據(jù)碳化前后的混凝土粉末中碳酸鈣的含量對比計算得出混凝土粉末中氫氧化 鈣的含量，完成氫氧化鈣的測定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土中氫氧化鈣含量的測定方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn) 動式混凝土粉末碳化用容器的主體結(jié)構(gòu)包括把手、容器、孔槽、卡件支腿和支架；盛放混凝 土試樣的容器內(nèi)壁為弧形，便于混凝土試樣的取出，容器的兩端對稱式分別制有把手，其中 一個把手與支架平行，另一個把手與支架垂直，使支架在放入和取出過程中，混凝土試樣不 會灑出；箱式無蓋結(jié)構(gòu)的支架底面的四個角上分別制有一個卡件支腿，支架前后兩側(cè)面的 上端分別均勻制有五個孔槽，容器通過把手和孔槽固定安裝在支架上；支架的數(shù)量根據(jù)不 同數(shù)量的混凝土粉末試樣確定，每個支架固定五個容器，兩個支架通過卡件支腿連接，通過 增減支架的數(shù)量，確定容器的數(shù)量；試驗完成后，取出支架，通過轉(zhuǎn)動容器倒出混凝土試樣； 支架左右兩側(cè)面的高度低于前后兩側(cè)面的高度，使支架組合后，仍有通道使氣體流入對混 凝土試樣進(jìn)行碳化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土中氫氧化鈣含量的測定方法，其特征在于計算氫氧化 鈣含量的具體過程為：稱取打磨后獲得的lg混凝土粉末，其中Ca(OH) 2的質(zhì)量為A，分子量 為74,通過精密混凝土碳化測量儀測得混凝土本身含有的CaC03為B，分子量為100, lg混 凝土粉末中的Ca(OH)2完全碳化后新增的CaC03質(zhì)量為C，根據(jù)反應(yīng)式Ca(0H) 2+H20+C02 = CaC03+2H2，完全碳化后得到的CaC03質(zhì)量C = 100A/74,完全碳化后的混凝土粉末質(zhì)量由lg 增加為（l+26A/74)g，其中 CaC03 的質(zhì)量為 B+C = B+100A/74，CaC03 的含量為（B+100A/74)/ (1+26A/74);再取完全碳化后的混凝土粉末lg通過精密混凝土碳化測量儀進(jìn)行CaC0 3含量 檢測，測得的CaC03質(zhì)量為D，使混凝土粉末內(nèi)部組成均勻，CaC03含量檢測數(shù)據(jù)與理論計算 的數(shù)據(jù)一致，即 D = (B+100A/74V(l+26A/74)由此得出： A = 74 (D-B)八100-26D)，即混凝土粉末中的Ca (OH) 2的含量由混凝土碳化前后的CaC03 質(zhì)量變化推導(dǎo)得出。
【文檔編號】G01N5/00GK104155203SQ201410427538
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】范宏, 闞積鵬, 萬小梅, 翟乃鑫 申請人:青島理工大學(xué)