آزمایش تعیین کلر سنگدانه بتن به روش ولهارد
آزمایش تعیین کلر سنگدانه به روش ولهارد
تعیین مقدار کلر در سنگدانههای بتن یکی از آزمایشهای ضروری در کنترل کیفیت مصالح سنگی بتن است. وجود یون کلر میتواند باعث خوردگی آرماتور در بتن و کاهش دوام سازه شود. به همین دلیل، استاندارد ملی ایران به شماره ۱۹۰۳۸ (چاپ اول، سال ۱۳۹۳)که براساس استاندارد استاندارد اروپایی EN 1744-1 تدوین شده و برای سنگدانههای طبیعی، مصنوعی و بازیافتی کاربرد دارد ، روشی مشخص برای اندازهگیری کلر ارائه کرده است. این استاندارد کمک میکند تا نتایج آزمایش به صورت دقیق و قابل اعتماد به دست آید و امکان مقایسه آنها در پروژههای مختلف فراهم شود. اجرای صحیح این آزمایش در آزمایشگاه بتن، نقش مهمی در ارزیابی و انتخاب مصالح مناسب برای ساخت بتن دارد. مرکز تحقیقات بتن «متب» به عنوان یکی از مراکز پیشرو در تحقیقات بتن، این استاندارد را برای اطمینان از کیفیت مواد ساختمانی توصیه میکند.
در این مقاله به بررسی آزمایش تعیین کلر سنگدانه بتن به روش ولهارد خواهیم پرداخت.
دامنه و کاربرد آزمایش تعیین کلر سنگدانه به روش ولهارد
آزمایش تعیین کلر به روش ولهارد بر اساس استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۰۳۸ برای اندازهگیری مقدار یون کلر محلول در سنگدانههای بتن انجام میشود. این روش یک روش شیمیسنجی برگشتی است که در آن یونهای کلر ابتدا با محلول نیترات نقره واکنش داده و رسوب کلرید نقره تشکیل میدهند. سپس مقدار نیترات نقره اضافی با تیوسیانات پتاسیم در حضور شناساگر فریک آلوم تیتر میشود. دامنه کاربرد این آزمایش شامل بررسی سنگدانههای طبیعی و شکسته مورد استفاده در بتن است. نتایج این آزمایش کمک میکند تا از ورود یون کلر بیش از حد مجاز به بتن جلوگیری شده و دوام و پایداری سازههای مسلح بتنی تضمین گردد.
مراجع الزامی
استاندارد INSO 19038-1 به مراجع الزامی متعددی اشاره میکند که برای انجام آزمایش تعیین کلر سنگدانه به روش ولهارد ضروری هستند. این مراجع شامل استانداردهای ملی و بینالمللی است که در متن استاندارد فهرست شدهاند. از جمله مراجع کلیدی:
- استاندارد ملی ایران شماره ۳۹۳: سیمان – تعیین مقاومت فشاری و خمشی – روش آزمون
- استاندارد ملی ایران شماره ۱۷۲۸: آب مقطر – ویژگیها و روشهای آزمون
- استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۵۶: ظروف شیشهای آزمایشگاهی – بورتها – ویژگیها
- استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۵۹: لوازم شیشهای آزمایشگاهی – پیپتهای تکنشانه
- استاندارد ملی ایران شماره ۷۲۵۸: شیشهآلات آزمایشگاهی – استوانههای مدرج
- استاندارد ملی ایران شماره ۷۵۲۰: شیشهآلات آزمایشگاهی – بالنهای حجمسنجی با یک خط نشانه – ویژگیها
- استاندارد ملی ایران شماره ۱-۷۶۵۲: شیشهآلات آزمایشگاهی – چگالیسنجها برای کاربردهای عمومی – قسمت ۱: ویژگیها
- استاندارد ملی ایران شماره ۹-۹۱۵۰: ملات بنایی – روش آزمون – قسمت ۹: تعیین عمر کاری و زمان تصحیح ملات تازه
- استاندارد ملی ایران شماره ۱۱-۹۱۵۰: ملات بنایی – روش آزمون – قسمت ۱۱: تعیین مقاومت خمشی و فشاری ملات سختشده
- استاندارد ملی ایران شماره ۱۳۹۳۹: سنگدانه – روشهای کاهش نمونههای آزمایشگاهی
- استاندارد ملی ایران شماره ۲-۱۸۸۰۷: سیمان – روشهای آزمون – قسمت ۲: تجزیه شیمیایی به روش تر
- EN 459-2: Building lime – Part 2: Test methods
- EN 932-1: Tests for general properties of aggregates – Part 1: Methods for sampling
- EN 932-5: Tests for general properties of aggregates – Part 5: Common equipment and calibration
- EN 932-6: Tests for general properties of aggregates – Part 6: Definitions of repeatability and reproducibility
- EN 933-2: Tests for geometrical properties of aggregates – Part 2: Determination of particle size distribution – Test sieves, nominal size of apertures
- EN 1015-4: Methods of test for mortar for masonry – Part 4: Determination of consistence of fresh mortar (by plunger penetration)
- EN 1097-6: Tests for mechanical and physical properties of aggregates – Part 6: Determination of particle density and water absorption
- ISO 384:1978: Laboratory glassware – Principles of design and construction of volumetric glassware
- 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
این روش بر اساس تشکیل رسوب کلرید نقره (AgCl) با استفاده از محلول نیترات نقره (AgNO₃) و تعیین نقطه پایانی با افزودن محلول تیوسیانات پتاسیم (KSCN) در حضور نشانگر آمونیوم آهن (III) سولفات انجام میشود. در این روش، کلرید موجود در نمونه با نیترات نقره واکنش داده و رسوب نامحلول کلرید نقره تشکیل میشود. پس از اتمام واکنش کلرید، نیترات نقره اضافی با تیوسیانات پتاسیم تیتر شده و تشکیل کمپلکس قرمز رنگ آهن (III) تیوسیانات نشاندهنده نقطه پایانی است.
ﺑﺮﺧﻲ ﺍﺯ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪﻫﺎی بتن ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﻣﺜﺎﻝ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ ﻫﺎﻱ ﺑﺮﺧﻲ ﺍﺯ ﻣﻨﺎﻃﻖ ﺑﻴﺎﺑﺎﻧﻲ، ﺁﺯﻣﻮﻥ ﺍﺳﺘﺨﺮﺍﺝ ﻧﻴﺘﺮﻳﻚ ﺍﺳﻴﺪ ﺍﺯ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ ﺭﻳﺰ ﺧﺎﻙ، ﻣﻲﺗﻮﺍﻧﺪ ﺳﻄﺢ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﺑﺎﻻﺗﺮﻱ ﺍﺯ ﻛﻠﺮﻳﺪ ﺭﺍ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺭﻭﺵ ﺍﺳﺘﺨﺮﺍﺝ ﺁﺏ، ﻛﻪ ﺩﺭ ﺍﻳﻦ ﺑﻨﺪ ﻣﺸﺨﺺ ﺷﺪﻩ، ﺭﺍ ﻧﺸﺎﻥ ﺩﻫﺪ.
واکنشگرهای تعیین نمکهای کلریدی محلول در آب با استفاده از روش ولهارد
۱- محلول نیترات نقره (AgNO₃) mol/l 100/0
- حدود ۲۰ گرم نیترات نقره را در دمای (۱۱۰ ± ۵) °C به مدت حداقل یک ساعت خشک کنید و سپس برای خنک شدن در خشککن قرار دهید.
- مقدار (۱۰۰/۰ ± ۹۸۷/۱۶) گرم از نیترات نقره خشکشده را وزن کنید، آن را در آب مقطر حل کرده و در یک بالن حجمی تا یک لیتر رقیق کنید.
- این محلول را به بطری شیشهای کهرباییرنگ منتقل کرده و دور از نور مستقیم خورشید نگهداری کنید.
۲- محلول پتاسیم یا سدیم تیوسیانات (NH₄SCN یا KSCN) حدود mol/l 1/0
- مقدار ۷/۹ گرم پتاسیم تیوسیانات یا ۶/۷ گرم آمونیوم تیوسیانات را در آب مقطر حل کرده و تا یک لیتر در ارلن حجمی رقیق کنید.
- برای استانداردسازی محلول، با پیپت ۲۵ میلیلیتر از محلول نیترات نقره را در یک ارلن بریزید و ۵ میلیلیتر اسید نیتریک و ۱ میلیلیتر محلول واکنشگر آمونیوم آهن(III) سولفات اضافه کنید.
- با استفاده از بورت، محلول تیوسیانات را اضافه کنید تا زمانی که اولین تغییر رنگ پایدار از سفید شیری به قهوهای کمرنگ رخ دهد، حجم محلول تیوسیانات اضافهشده را یادداشت کنید.
- ﻏﻠﻈﺖ ﻣﺤﻠﻮﻝ ﺗﻴﻮﺳﻴﺎﻧﺎﺕ ( CT ) ﺭﺍ ﺍﺯ ﺭﺍﺑﻄﻪ ﺯﻳﺮ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻛﻨﻴﺪ:
CT=
:V۱ ﺣﺠﻢ ﺗﻴﻮﺳﻴﺎﻧﺎﺕ ﺍﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪﻩ، ﺑﺮﺣﺴﺐ ﻣﻴﻠﻲﻟﻴﺘﺮﺍﺳﺖ.
ﻣﺤﻠﻮﻝ ﺭﺍ ﻫﺮ ﻫﻔﺘﻪ ﺍﺳﺘﺎﻧﺪﺍﺭﺩ ﻛﻨﻴﺪ. ﺩﺭ ﺻﻮﺭﺗﻲﻛﻪ ﺁﺯﻣﻮﻥﻫﺎ ﺩﺭ ﻓﺎﺻﻠﻪﻫﺎﻱ ﺯﻣﺎﻧﻲ ﻃﻮﻻﻧﻲﺗﺮﻱ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻣﻲﺷﻮﺩ، ﻣﺤﻠﻮﻝ ﺭﺍ ﻗﺒﻞ ﺍﺯ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ، ﺍﺳﺘﺎﻧﺪﺍﺭﺩ ﻛﻨﻴﺪ.
۳- اسید نیتریک (HNO₃) حدود mol/l 6
- مقدار ۱۰۰ میلیلیتر اسید نیتریک را به ۱۵۰ میلیلیتر آب اضافه کنید. اسید رقیقشده را زیر هود آزمایشگاهی تا بیرنگ شدن بجوشانید و سپس در دمای اتاق خنک کنید.
۴- ۳ و ۵ و ۵- تریمتیلهگزان-۱-ال، از درجه فنی فاقد کلر
۵- محلول واکنشگر آمونیوم آهن(III) سولفات NH۴Fe(SO۴)۲ 12HO۲
- مقدار ۶۰ میلیلیتر آب مقطر را به ۵۰ گرم آمونیوم آهن(III) سولفات اضافه کنید. ضمن همزدن آن را گرم کنید تا حل شود و ۱۰ میلیلیتر اسید نیتریک اضافه کنید.
- محلول را در دمای اتاق برای خنک شدن قرار دهید و آن را در بطری شیشهای ذخیره کنید.
الزامات و تجهزات آزمایش تعیین کلر سنگدانه بتن
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 لازم است همیشه کالیبرهشده و در شرایط ایمن نگهداری شوند تا دقت آزمایش حفظ شود.
نمونه برداری
جمعآوری نمونه آزمایشگاهی باید با پیروی از روشهای تعریفشده در استاندارد EN 932-1 انجام پذیرد. پیشنهاد میشود نمونه بهگونهای انتخاب شود که نمایانگر میزان رطوبت موجود در مواد باشد.
آماده سازی آزمونه ها
نمونهها باید با روشهای تعیینشده در استاندارد ملی ایران شماره ۱۳۹۳۹ کاهش یابند، بهگونهای که جرم آنها کمتر از مقادیر مندرج در جدول زیر نباشد. استفاده از الک مناسب برای سنگدانهها الزامی است.
ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ ﺍﻟﻚ ﺑﺎﻻﻳﻲ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ mm | ﺣﺪﺍﻗﻞ ﺟﺮﻡ ﻧﻤﻮﻧﻪﻓﺮﻋﻲ kg |
۶۳ | ۵۰ |
۴۵ | ۳۵ |
۳۱ / ۵ | ۱۵ |
۲۲ / ۴ ﻳﺎ ﻛﻮﭼﻚﺗﺮ | ۵ |
نمونه فرعی را تا دستیابی به جرم ثابت در دمای (۱۱۰ ± ۵) درجه سانتیگراد خشک کنید.
نمونه فرعی را با الک ۱۶ میلیمتری الک نمایید و قطعات بزرگتر را خرد کنید تا از الک ۱۶ میلیمتری عبور کنند؛ از خردایش بیش از حد اجتناب ورزید. سپس، تمامی نمونههای الک شده را بهخوبی همگن کنید و با بهرهگیری از روشهای استاندارد ملی ایران شماره ۱۳۹۳۹، دو آزمونه تهیه کنید، هر یک با جرم تقریبی (۲ ± ۳/۰) کیلوگرم برای سنگدانههای درشت دانه و جرم تقریبی (۵۰۰ ± ۷۵) گرم برای سنگدانههای ریزدانه.
برای سنگدانههای سبکوزن، هر یک از دو بخش آزمونه باید حدی حدود یک لیتر حجم داشته باشد.
آماده سازی عصاره ها
برای سنگدانههای درشت دانه و سنگدانههای سبکوزن، از دو بطری دهانهگشاد با ظرفیت ۲ لیتراستفاده کنید، برای سنگدانههای ریزدانه نیز از دو بطری با ظرفیت ۲ لیتر بهره ببرید. هر یک از بطریها را وزن کرده و جرم آنها را تا نزدیکترین ۱ گرم ثبت کنید.
نمونههای آماده شده را به بطریها منتقل کنید. جرم هر بطری همراه با محتویات آن را تا نزدیکترین ۱ گرم یادداشت کنید. جرم سنگدانه داخل هر بطری را با تفاضل دو عدد ثبتشده محاسبه کنید.
مقدار آبی معادل جرم نمونه هر بطری به آن اضافه کنید. برای سنگدانههای سبک وزن، یک لیتر آب بیفزایید.
بطریها را با استفاده از لرزاننده یا غلتاندن به مدت ۶۰ دقیقه بهصورت پیوسته تکان دهید.
سپس، عصارهها را با کاغذ صافی خشک متوسط در بشرهای خشک و تمیز صاف کنید تا حداقل ۱۰۰ میلیلیتر از محلول صاف یا کمی شیری رنگ بهدست آید.
روش تعیین مقدار کلر
۱۰۰ میلیلیتر از عصاره صافشده (بند ۴-۷) را با پیپت ۱۰۰ میلیلیتری به ارلن ۲۵۰ میلیلیتری منتقل کنید. ۵ میلیلیتر اسید نیتریک اضافه کرده و سپس نیترات نقره را از بورت تا رسوب کامل کلریدها بریزید.
اگر سنگدانه حاوی سولفید (مثل سرباره) باشد، پس از افزودن اسید نیتریک، محلول را ۳ تا ۵ دقیقه زیر هود بجوشانید (رسوب سولفور نیازی به صاف کردن ندارد)، سپس خنک کرده و نیترات نقره اضافه کنید. نیترات نقره اضافی را تا حدی بیفزایید که با حداقل ۳ میلیلیتر تیوسیانات تیتر شود. حجم کل (V۵) نیترات نقره مصرفی را یادداشت کنید.
۲ میلیلیتر تریمتیلهگزان-۱-ال اضافه کنید، ارلن را ببندید و به شدت تکان دهید تا رسوب تشکیل شود. دهانه را با دقت باز کرده و درپوش را با آب بشویید و آب شستشو را به محلول بیفزایید.
۵ میلیلیتر آمونیوم آهن(III) سولفات اضافه کنید. سپس تیوسیانات استاندارد را از بورت تا تغییر رنگ پایدار از سفید شیری به قهوهای کمرنگ تیتر کنید. حجم (V۶) تیوسیانات مصرفی را یادداشت کنید.
این روش را برای عصاره دوم تکرار کنید. هر عصاره یکبار آزمایش شود.
یادآوری: اگر تغییر رنگ پس از افزودن نیترات نقره بهسختی دیده شود، ۲ تا ۳ میلیلیتر نیترات نقره بهعنوان مرجع اضافه کرده، با تیوسیانات تیتر کنید و تفاضل را بهعنوان نیترات نقره مصرفی محاسبه کنید (در صورت کمتر بودن تیوسیانات مصرفی از نیترات نقره).
روش محاسبه و نتایج
ﻣﻘﺪﺍﺭ ﻛﻠﺮﻳﺪ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ، C ، ﺭﺍ ﺍﺯ ﻣﻌﺎﺩﻟﻪ ﺯﻳﺮ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻛﻨﻴﺪ:
C =0.003546W{V 5 -(10 C T V 6 )}
که در آن :
V۵ : ﺣﺠﻢ ﻣﺤﻠﻮﻝ ﻧﻘﺮﻩ ﻧﻴﺘﺮﺍﺕ، ﺑﺮﺣﺴﺐ ﺑﻪ ml ؛
V۶ : ﺣﺠﻢ ﻣﺤﻠﻮﻝ ﺗﻴﻮﺳﻴﺎﻧﺎﺕ ﺍﺳﺘﺎﻧﺪﺍﺭﺩ ﺍﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪﻩ، ﺑﺮﺣﺴﺐ ml ؛
CT : ﻏﻠﻈﺖ ﻣﺤﻠﻮﻝ ﺗﻴﻮﺳﻴﺎﻧﺎﺕ ﺍﺳﺘﺎﻧﺪﺍﺭﺩ، ﺑﺮﺣﺴﺐ mol/l ؛
W : ﻧﺴﺒﺖ ﺟﺮﻣﻲ ﺁﺏ ﺑﻪ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ، ﺑﺮﺍﻱ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ ﺳﺒﻚ، ۱۰۰۰ g ﺑﻪ ﺟﺮﻡ ﺳﻨﮕﺪﺍﻧﻪ ﺑﺮﺣﺴﺐ ﮔﺮﻡ ﺍﺳﺖ. W=
جهت محاسبه و کسب نتیجه نیاز است که پیوست الف استاندارد مطالعه شود. به همین منظور ، توصیه می شود که استاندارد ۱۹۰۳۸ ایران مطالعه شود.
روش ولهارد، که در استاندارد ۱۹۰۳۸ ایران به آن اشاره شده است، یک روش قابل اعتماد و دقیق برای تعیین مقدار کلرید در سنگدانهها محسوب میشود. این روش بهویژه به دلیل قابلیت استفاده در محیط اسیدی (که مانع interference بسیاری از آنیونهای مزاحم میشود) و حساسیت مناسب، برای آنالیز نمونههای سنگدانه که ممکن است حاوی ناخالصیهای مختلف باشند، ایدهآل است.
مزایای روش ولهارد:
- قابلیت استفاده در محیط اسیدی قوی
- حساسیت و دقت خوب در اندازهگیری
- نسبتاً سریع و هزینهاثر بخش
محدودیتها و نکات احتیاطی:
- نیاز به جداسازی رسوب AgCl یا استفاده از نیتروبنزن
- نیاز به استانداردسازی دقیق محلولهای تیترانت
- امکان خطا در تشخیص نقطه پایانی در نمونههای رنگی
در پایان، رعایت دقیق پروتکلهای استاندارد ۱۹۰۳۸ (بهویژه بخشهای مربوط به نمونهبرداری، آمادهسازی نمونه و تهیه محلول استخراج) همراه با اجرای دقیق مراحل تیتراسیون به روش ولهارد، کلید دستیابی به نتایج دقیق و قابل اطمینان در تعیین مقدار کلرید سنگدانههای مصرفی در بتن است. این امر به ویژه در صنعت بتن و سازههای بتنی که کنترل میزان کلرید برای جلوگیری از خوردگی آرماتورها حیاتی است، از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. مرکز تحقیقات بتن «متب» بهعنوان مرجع تخصصی، اجرای این آزمایش را برای اطمینان از دوام و ایمنی سازهها توصیه میکند.
جهت مطالعه آزمایش تعیین کلر سنگدانه بتن به روش پتانسیومتری 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 ما در واحد آزمایشگاه بتن تماس بگیرید.
شماره تماس های مرکز تحقیقات بتن «متب»: ۰۲۱-۸۸۶۶۴۱۵۱ ۰۲۱-۸۸۶۶۴۱۵۲
وبسایت «متب»: www.ConREC.ac.ir