آزمایش تعیین کلر سنگدانه های بتن

روش پتانسیومتری

حضور یون‌های کلرید در سنگدانه‌های بتن یکی از عوامل کلیدی در کاهش دوام و پایداری سازه‌های بتنی، به ‌ویژه در سازه‌های مسلح، به شمار می‌رود. کلریدها می‌توانند با نفوذ به داخل ساختار بتن، فرآیند خوردگی فولاد تقویت‌کننده را تسریع کرده و منجر به خسارات ساختاری، کاهش عمر مفید سازه و افزایش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری شوند. استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۰۳۸روش آزمون پتانسیومتری را به‌عنوان روشی دقیق و قابل اعتماد برای تعیین مقدار کلریدهای محلول در سنگدانه‌ها ارائه می‌دهد. این روش با استخراج کلریدها از سنگدانه و اندازه‌گیری غلظت آن‌ها به‌صورت پتانسیومتری، امکان ارزیابی کیفیت مصالح و اطمینان از انطباق با الزامات استانداردهای ملی و بین‌المللی را فراهم می‌کند. در این مقاله، به بررسی اصول، مراحل اجرا و اهمیت این آزمون در کنترل کیفیت سنگدانه‌ها و تضمین ایمنی سازه‌های بتنی پرداخته خواهد شد.

دامنه وکاربرد آزمایش تعیین کلر سنگدانه به روش پتانسیومتری

این استاندارد ملی ایران (INSO 19038) روش آزمون پتانسیومتری برای تعیین مقدار کلریدهای محلول در سنگدانه‌های بتن و سایر مصالح ساختمانی را مشخص می‌نماید. این روش بر پایه استخراج کلریدها از نمونه سنگدانه با استفاده از حلال مناسب و اندازه‌گیری پتانسیومتریک غلظت آن‌ها استوار است. دامنه کاربرد آن شامل سنگدانه‌های ریز (ماسه) و درشت (شن) با اندازه دانه تا ۳۷.۵ میلی‌متر می‌باشد و برای ارزیابی آلودگی کلریدی به منظور جلوگیری از خوردگی آرماتور در سازه‌های بتنی به کار می‌رود. این استاندارد معادل با EN 1744 است و در پروژه‌های ساختمانی، راه‌سازی و سدسازی الزامی است.

مراجع الزامی

استاندارد INSO 19038-1 به مراجع الزامی متعددی اشاره می‌کند که برای انجام آزمایش تعیین کلر سنگدانه به روش پتانسیومتری ضروری هستند. این مراجع شامل استانداردهای ملی و بین‌المللی است که در متن استاندارد فهرست شده‌اند. از جمله مراجع کلیدی:

  1. استاندارد ملی ایران شماره ۳۹۳: سیمان – تعیین مقاومت فشاری و خمشی – روش آزمون
  2. استاندارد ملی ایران شماره ۱۷۲۸: آب مقطر – ویژگی‌ها و روش‌های آزمون
  3. استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۵۶: ظروف شیشه‌ای آزمایشگاهی – بورت‌ها – ویژگی‌ها
  4. استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۵۹: لوازم شیشه‌ای آزمایشگاهی – پیپت‌های تک‌نشانه
  5. استاندارد ملی ایران شماره ۷۲۵۸: شیشه‌آلات آزمایشگاهی – استوانه‌های مدرج
  6. استاندارد ملی ایران شماره ۷۵۲۰: شیشه‌آلات آزمایشگاهی – بالن‌های حجم‌سنجی با یک خط نشانه – ویژگی‌ها
  7. استاندارد ملی ایران شماره ۱-۷۶۵۲: شیشه‌آلات آزمایشگاهی – چگالی‌سنج‌ها برای کاربردهای عمومی – قسمت ۱: ویژگی‌ها
  8. استاندارد ملی ایران شماره ۹-۹۱۵۰: ملات بنایی – روش آزمون – قسمت ۹: تعیین عمر کاری و زمان تصحیح ملات تازه
  9. استاندارد ملی ایران شماره ۱۱-۹۱۵۰: ملات بنایی – روش آزمون – قسمت ۱۱: تعیین مقاومت خمشی و فشاری ملات سخت‌شده
  10. استاندارد ملی ایران شماره ۱۳۹۳۹: سنگدانه – روش‌های کاهش نمونه‌های آزمایشگاهی
  11. استاندارد ملی ایران شماره ۲-۱۸۸۰۷: سیمان – روش‌های آزمون – قسمت ۲: تجزیه شیمیایی به روش تر
  12. EN 459-2: Building lime – Part 2: Test methods
  13. EN 932-1: Tests for general properties of aggregates – Part 1: Methods for sampling
  14. EN 932-5: Tests for general properties of aggregates – Part 5: Common equipment and calibration
  15. EN 932-6: Tests for general properties of aggregates – Part 6: Definitions of repeatability and reproducibility
  16. EN 933-2: Tests for geometrical properties of aggregates – Part 2: Determination of particle size distribution – Test sieves, nominal size of apertures
  17. EN 1015-4: Methods of test for mortar for masonry – Part 4: Determination of consistence of fresh mortar (by plunger penetration)
  18. EN 1097-6: Tests for mechanical and physical properties of aggregates – Part 6: Determination of particle density and water absorption
  19. ISO 384:1978: Laboratory glassware – Principles of design and construction of volumetric glassware
  20. DIN 12242-1:1980: Laboratory glassware; interchangeable conical ground joints, dimensions, tolerances

این مراجع الزامی برای اطمینان از دقت و یکنواختی در انجام آزمایش هستند. مرکز تحقیقات بتن «متب» تأکید می‌کند که بدون رعایت این مراجع، نتایج آزمایش معتبر نخواهد بود.

اصول آزمون

روش آزمون تعیین مقدار کلریدهای محلول در آب بر اساس استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۰۳۸، مبتنی بر استخراج یون‌های کلرید از نمونه سنگدانه و اندازه‌گیری پتانسیومتریک آن‌ها است. در این روش، نمونه آزمونه سنگدانه مطابق با استاندارد (روش استخراج) آماده‌ سازی و عصاره‌گیری می‌شود. یون‌های کلرید موجود در عصاره با استفاده از محلول استاندارد نیترات نقره (AgNO₃) ته‌نشین می‌شوند. این فرآیند بر پایه روش افزایش استاندارد انجام می‌گیرد، که در آن مقدار مشخصی از محلول استاندارد به عصاره اضافه شده و تغییرات پتانسیل الکتریکی ثبت می‌شود.

تیتراسیون به روش پتانسیومتری با بهره‌گیری از یک الکترود مناسب به‌عنوان شناساگر اجرا می‌شود. الکترود انتخابی معمولاً شامل الکترود حساس به یون کلرید (مانند الکترود نقره/کلرید نقره) یا الکترود گران‌پلات است که قادر به تشخیص تغییرات پتانسیل در حضور یون‌های کلرید می‌باشد. این روش به دلیل دقت بالا و توانایی تشخیص غلظت‌های پایین کلرید، برای ارزیابی کیفیت سنگدانه‌ها و جلوگیری از مشکلات ناشی از خوردگی در سازه‌های بتنی مناسب است.

یادآوری: استفاده از الکترود انتخابی یون کلرید یا گران‌پلات به‌عنوان گزینه‌های جایگزین برای انجام تیتراسیون پتانسیومتری مجاز است، مشروط بر اینکه کالیبراسیون و شرایط آزمون مطابق با استاندارد رعایت شود.

واکنشگرهای تعیین نمک‌های کلریدی محلول در آب به روش پتانسیومتری

۱. محلول نیترات نقره ۰۱/۰ مول بر لیتر (AgNO₃)

برای تهیه محلول نیترات نقره، رویه‌ای مشابه آنچه استاندارد مشخص شده است، به کار ببرید. مقدار ۶۹۹/۱ گرم نیترات نقره خشک را وزن کرده و در آب مقطر حل کنید. سپس محلول را در یک ظرف با حجم یک لیتر رقیق کنید تا غلظت نهایی ۰۱/۰ مول بر لیتر حاصل شود.

۲. محلول کلرید سدیم ۰۲/۰ مول بر لیتر (NaCl)

حدود ۲ گرم کلرید سدیم را در دمای (۱۱۰ ± ۵) درجه سانتی‌گراد به مدت ۱ تا ۲ ساعت خشک کنید و سپس در دمای محیط خنک کنید. مقدار (۱۶۹/۱ ± ۰۰۱/۰) گرم از کلرید سدیم خشک‌شده را با دقت وزن کرده و در آب مقطر حل کنید. محلول را در یک ظرف با حجم یک لیتر رقیق کنید تا محلول کلرید سدیم با غلظت ۰۲/۰ مول بر لیتر به دست آید.

الزامات و تجهزات آزمایش تعیین کلر سنگدانه

الزامات عمومی وسایل

  • تمام وسایل باید با الزامات عمومی استاندارد EN 932-5 منطبق باشند.
  • ظروف حجمی حداقل دقت رده B طبق ISO 384:1978 (به جز موارد خاص)
  • ظروف حجمی رده A برای آزمون‌های ممیزی و نوع.

 تجهیزات عمومی

  • گرمخانه با تهویه مناسب، با قابلیت کنترل درجه حرارت ثابت در محدوده ۴۰ °C تا ۱۵۰ °C با دقت ±۵ °C، مجهز به سینی مقاوم در برابر گرما و ساخته‌شده از مواد مقاوم در برابر خوردگی.
  • کوره الکتریکی، مافلی با قابلیت کنترل درجه حرارت ثابت در محدوده ۸۰۰ °C تا ۱۱۰۰ °C با دقت ±۲۵ °C
  • تجهیزات خردایش و آسیاب‌کاری، با قابلیت کاهش اندازه سنگدانه‌ها برای ایجاد حداقلی از ذرات ریز که از الک مناسب برای آزمون‌های خاص عبور کند.
  • ترازو، با قابلیت توزین تا ۱۰ kg و خوانش تا نزدیک‌ترین ۱ g
  • ترازو، با قابلیت توزین تا ۱ kg و خوانش تا نزدیک‌ترین ۰۱/۰ g
  • ترازوی تجزیه‌ای، با قابلیت توزین تا ۱۰۰ g و خوانش تا نزدیک‌ترین ۱/۰ mg
  • صفحه داغ با همزن مغناطیسی.
  • pH متر، با ریزنگری ۱/۰واحد pH
  • بشر، ارلن، قیف و کاغذ صافی.
  • پیپت، ۱۰۰ ml، ۵۰ ml، ۲۵ ml مطابق با استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۵۹.
  • استوانه‌های مدرج با ظرفیت‌های ۲۵۰ ml، ۱۰ ml و ۵۰۰ ml مطابق با استاندارد ISO4789
  • بطری‌های شستشو (پیست‌ها)، حاوی آب مقطر.
  • بورت‌های با اندازه ۵۰ ml مدرج شده با واحدهای ۱/۰ ml مطابق با استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۵۶.
  • بطری‌های شیشه‌ای معرف کهربایی رنگ.
  • بطری شیشه‌ای معرف ساده.
  • خشکانه‌ها.
  • هود آزمایشگاهی.
  • شیشه ساعت.

این وسایل باید همیشه کالیبره‌شده و در شرایط ایمن نگهداری شوند تا دقت آزمایش حفظ شود.

نمونه برداری ، آماده سازی آزمونه ها و عصاره ها

این بخش مشابه روش ولهارد است. برای مطالعه آن می توانید به مقاله تعیین مقدار کلر سنگدانه های بتن به روش ولهارد مراجعه کنید و یا استاندارد ۱۹۰۳۸ را مطالعه فرمایید.

روش تعیین مقدار کلر

آماده‌سازی و تیتراسیون

  1. استخراج عصاره: مقدار ۵۰ میلی‌لیتر از عصاره صاف‌شده سنگدانه را با استفاده از پیپت ۵۰ میلی‌لیتری بردارید و به یک بشر ۲۵۰ میلی‌لیتری منتقل کنید.
  2. تنظیم pH: محلول را با افزودن اسید نیتریک (HNO₃) اسیدی کنید تا pH به محدوده ۲ تا ۳ برسد.
  3. افزودن کلرید سدیم: ۵ میلی‌لیتر از محلول استاندارد کلرید سدیم را با پیپت به محلول اضافه کنید تا شناسایی نقطه پایانی تیتراسیون بهبود یابد.
  4. هضم محلول (در صورت نیاز): در صورتی که سنگدانه‌ها حاوی سولفید (مانند سرباره) باشند، محلول را به مدت ۵ دقیقه در دمای زیر نقطه جوش حرارت دهید تا فرآیند هضم تکمیل شود. در این مرحله، ممکن است رسوب سفید سولفور تشکیل شود که نیازی به صاف کردن آن نیست.
  5. خنک‌سازی: محلول را سرد کنید.
  6. تیتراسیون با نیترات نقره: محلول استاندارد نیترات نقره (AgNO₃) را به بشر اضافه کنید. سپس، با استفاده از دستگاه پتانسیومتر ، تیتراسیون را انجام دهید. مقدار کلرید موجود در محلول با تعیین نقطه عطف منحنی پتانسیل، که متناظر با مصرف نیترات نقره است، محاسبه می‌شود.
  7. کسر کلرید سدیم اضافه‌شده: مقدار کلرید سدیمی که برای بهبود تشخیص نقطه پایانی اضافه شده بود، از نتیجه نهایی کسر خواهد شد.
  8. تکرار آزمون: مراحل فوق را با عصاره آزمونه دوم تکرار کنید.
  9. آزمون شاهد: مقدار کلرید سدیم اضافه‌شده باید با انجام یک آزمون شاهد تأیید شود.

ملاحظات

  • تمامی تجهیزات و مواد شیمیایی باید مطابق با مشخصات استاندارد (مانند بندهای ذکرشده) باشند.
  • دقت در تنظیم pH و استفاده از پیپت‌های کالیبره‌شده برای حصول نتایج دقیق ضروری است.
  • آزمون شاهد برای اطمینان از صحت مقدار کلرید سدیم اضافه‌شده الزامی است.

روش محاسبه و نتایج

ﻣﻘﺪﺍﺭ ﻛﻠﺮﻳﺪ، C ، ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ ﺭﺍ ﺑﺎ ﻣﻌﺎﺩﻟﻪ ﺯﻳﺮ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻛﻨﻴﺪ: (برحسب درصد)

C= 0.000709 V 7 W 

V۷  : ﻣﺤﻠﻮﻝ ﻧﻘﺮﻩ ﻧﻴﺘﺮﺍﺕ ﻣﺼﺮﻓﻲ ﺑﺮﺣﺴﺐ ml ، ﺑﺎ ﻛﻢ ﻛﺮﺩﻥ ۱۰ ml ﺑﺮﺍﻱ ﻣﺤﻠﻮﻝ ﻛﻠﺮﻳﺪ ﺍﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪﻩ؛

W :  ﻧﺴﺒﺖ ﺟﺮﻣﻲ ﺁﺏ ﺑﻪ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ، ﺑﺮﺍﻱ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ ﺳﺒﻚ، ۱۰۰۰ g ﺑﻪ ﺟﺮﻡ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ ﺑﺮﺣﺴﺐ ﮔﺮﻡ ﺍﺳﺖ.

لازم به ذکر است که برای درک بهتر این آزمایش نیاز است که استاندارد ۱۹۰۳۸ مطالعه شود و یا با کارشناسان واحد آزمایشگاه بتن ما در واحد فنی مرکز تحقیقات بتن «متب» تماس حاصل فرمایید.

آزمون تعیین مقدار کلریدهای محلول در سنگدانه‌های بتن به روش پتانسیومتری، بر اساس استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۰۳۸، روشی دقیق و استاندارد برای ارزیابی کیفیت سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن است. این روش با استخراج کلریدها از نمونه سنگدانه، تنظیم شرایط شیمیایی محلول، و تیتراسیون پتانسیومتری با استفاده از نیترات نقره، امکان شناسایی و اندازه‌گیری دقیق غلظت کلریدها را فراهم می‌کند. رعایت دقیق مراحل آماده‌سازی، استفاده از تجهیزات کالیبره‌شده، و انجام آزمون شاهد، نقش کلیدی در تضمین صحت و تکرارپذیری نتایج دارد. این آزمون به دلیل حساسیت بالا و توانایی تشخیص مقادیر کم کلرید، ابزاری مؤثر برای جلوگیری از خوردگی فولاد در سازه‌های بتنی و افزایش دوام و ایمنی سازه‌ها محسوب می‌شود. نتایج حاصل از این آزمون باید با الزامات استانداردهای ملی (مانند INSO 302) مقایسه شده و در گزارش‌های کنترل کیفیت پروژه‌های ساختمانی ثبت گردد. اجرای منظم این آزمون در زنجیره تأمین مصالح، گامی اساسی در راستای ارتقای کیفیت و پایداری سازه‌های بتنی است.

جهت مطالعه آزمایش تعیین کلر سنگدانه بتن به روش ولهارد روی لینک کلیک نمایید.

جهت مطالعه آزمایش تعیین کلر سنگدانه بتن به روش موهر روی لینک کلیک نمایید.

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره روش‌های اجرای این آزمایش و دریافت مشاوره تخصصی در زمینه کنترل کیفیت مصالح سنگی مصرفی در بتن، به بخش آزمایش‌های بتن در وب‌ سایت مرکز تحقیقات بتن «متب» سر بزنید یا با کارشناسان واحد آزمایشگاه بتن ما تماس بگیرید.

شماره تماس های مرکز تحقیقات بتن «متب»:  ۰۲۱-۸۸۶۶۴۱۵۱   ۰۲۱-۸۸۶۶۴۱۵۲

وبسایت «متب»:  www.ConREC.ac.ir