آزمایش تعیین کلر آب مصرفی در بتن
آزمایش تعیین کلر آب مصرفی در بتن
روش آزمایش تعیین یون کلرید در آب
یون کلرید یکی از اجزای مهم در ترکیب شیمیایی آب است که میتواند بر کیفیت آب آشامیدنی، صنعتی و حتی بتن تأثیرگذار باشد. در صنعت بتن، وجود مقادیر بالای یون کلرید میتواند منجر به خوردگی آرماتورها و کاهش دوام سازههای بتنی شود. استاندارد ملی ایران شماره ۲۳۵۰ که توسط سازمان ملی استاندارد ایران تدوین شده، روشهای استانداردی برای اندازهگیری یون کلرید در آب ارائه میدهد. این استاندارد بر اساس روشهای بینالمللی مانند ASTM D 512: ۲۰۱۲ تدوین شده و شامل سه روش اصلی تیتراسیون جیوه سنجی، تیتراسیون نقره نیترات و روش الکترود انتخابگر یون است. مرکز تحقیقات بتن (متب) با تمرکز بر کیفیت مصالح ساختمانی، این روشها را برای ارزیابی آب مورد استفاده در طرح اختلاط بتن توصیه میکند تا از رعایت حد مجاز کلریدها اطمینان حاصل شود.
هدف و دامنه کاربرد
هدف از تدوین استاندارد ملی ایران شماره ۲۳۵۰ – روش تعیین یون کلرید در آب، روشهای دقیق، قابل تکرار و معتبر برای اندازهگیری غلظت یون کلرید (Cl⁻) در انواع آب آشامیدنی، آب مورد استفاده در ساخت بتن (آب اختلاط بتن) ، پساب صنعتی و بهداشتی (فقط روش پ) و آب شور و آبهای معدنی است.
این استاندارد سه روش اصلی را پوشش میدهد که هر کدام برای شرایط خاصی مناسب هستند:
حدود قابل اندازهگیری (تقریبی) | دامنه کاربرد پیشنهادی | نام روش | روش |
۵/۰ تا ۱۰۰۰ میلیگرم بر لیتر Cl⁻ | آبهای بسیار تمیز، تقریباً فاقد مواد آلی و فلزات سنگین | تیتراسیون جیوهسنجی (Mercurimetric) | الف |
۱ تا چند ده هزار میلیگرم بر لیتر | آبهای معمولی تا آبهای با املاح معدنی بالا، آب اختلاط بتن | تیتراسیون با نقره نیترات (Argentometric) | ب |
۱/۰تا ۱۰۰۰ میلیگرم بر لیتر Cl⁻ | غلظتهای بسیار کم کلرید، آبهای فوق خالص و آب اختلاط بتن حساس | الکترود انتخابگر یون (Ion-Selective Electrode) | پ |
در آییننامه بتن ایران (آبا) و استاندارد ASTM C1602، حداکثر مجاز یون کلرید در آب اختلاط بتن به ترتیب ۵۰۰ میلیگرم بر لیتر (برای بتن معمولی) و ۳۵۰ میلیگرم بر لیتر (برای بتن مسلح پیشتنیده یا با پیشبینی خوردگی شدید) تعیین شده است. بنابراین انتخاب روش مناسب (معمولاً روش ب یا پ) برای کنترل کیفیت آب اختلاط در پروژههای بتنی حیاتی است.
این سه روش بر اساس استاندارد بینالمللی ASTM D512-2012 و با اعتبارسنجی مطابق ASTM D2777 تدوین شدهاند و در آزمایشگاههای معتبر مرکز تحقیقات بتن (متب) بهطور روتین استفاده میشوند.
اساس روش تعیین یون کلرید در آب
روش | اساس شیمیایی/فیزیکی روش | مزیت اصلی در صنعت بتن | |
الف – تیتراسیون جیوهسنجی (Mercurimetric Titration) | کلرید با یون جیوه (Hg²⁺) رسوب بسیار نامحلول Hg₂Cl₂ تشکیل میدهد. نقطه پایان با تغییر رنگ پایدار شاخص دیفنیلکاربازون از آبی-بنفش به قرمز-بنفش مشخص میشود. | حساسیت بسیار بالا، مناسب آبهای بسیار تمیز و کماملاح (آبهای بستهبندی، آب فوق خالص) | |
ب – تیتراسیون آرجنتومتری موهر (Mohr Titration) | کلرید با یون نقره (Ag⁺) رسوب سفید AgCl تشکیل میدهد. نقطه پایان با تشکیل کمپلکس قرمز رنگ Ag₂CrO₄ (کرومات نقره) مشخص میشود. | روش کلاسیک، دقیق، ارزان و پرکاربردترین روش برای آب اختلاط بتن و آبهای معمولی تا شور | |
پ – الکترود انتخابگر یون (Ion-Selective Electrode – Potentiometric) | الکترود کلرید (معمولاً ممبران جامد AgCl/Ag₂S) پتانسیل الکتریکی متناسب با لگاریتم غلظت کلرید ایجاد میکند (رابطه نرنست). | بالاترین دقت در غلظتهای بسیار پایین (< ۱ mg/L)، بدون نیاز به تیترانت، مناسب آبهای فوق حساس بتنی | |
در بیشتر پروژههای عمرانی ایران، روش ب (تیتراسیون با نقره نیترات) بهعنوان روش مرجع و اصلی توصیه میشود؛ زیرا هم دقت کافی (±۲٪) دارد، هم تجهیزات آن در همه آزمایشگاههای بتن موجود است و هم در بند ۹-۳-۳ آییننامه بتن ایران (آبا) و استاندارد ASTM C1602 صراحتاً پذیرفته شده است.
مواد لازم (واکنشگرها)
در استاندارد ملی ایران شماره ۲۳۵۰ برای هر سه روش، مواد و واکنشگرها بهصورت دقیق مشخص شدهاند. در زیر، مواد مورد نیاز هر روش بهطور جداگانه و کاربردی (مخصوص آزمایشگاه بتن) آورده شده است:
نکته مهم برای آزمایشگاه بتن | کاربرد اصلی در روش | خلوص/غلظت پیشنهادی | نام ماده (به فارسی و انگلیسی) | ردیف |
همیشه در دسیکاتور نگهداری شود | تهیه محلول استاندارد کلرید | خلوص ≥ ۹۹/۹۹٪، خشک در ۵۰۰–۶۰۰ °C | سدیم کلرید (NaCl) – استاندارد اولیه خشکشده در ۵۰۰ درجه | ۱ |
از آب دیونیزه آزمایشگاه بتن استفاده شود | رقیقسازی و شستشو | آب مقطر یا دییونیزه نوع ۱ (استاندارد ۱۷۲۸) | آب بدون کلرید (Chloride-free water) | ۲ |
فقط در هود شیمیایی استفاده شود | تنظیم pH در روش الف و پ | خلوص آنالیتیکال | اسید نیتریک غلیظ (HNO₃ conc.) | ۳ |
بسیار سمی – فقط در آزمایشگاه مجهز استفاده شود | تیترانت روش الف (جیوهسنجی) | دقیقاً ۰/۰۱۴۱ مولار | نیترات جیوه(II) (Hg(NO₃)₂) – محلول استاندارد ۰۱۴۱/۰ N | ۴ |
تازه تهیه شود (حداکثر ۱ ماه پایدار است) | شاخص روش الف | محلول ۰/۵٪ در اتانل | دیفنیلکاربازون (Diphenylcarbazone) – شاخص | ۵ |
دور از نور و در بطری قهوهای نگهداری شود | تیترانت روش ب (نقرهسنجی) | دقیقاً ۰/۰۱۴۱ مولار | نیترات نقره (AgNO₃) – محلول استاندارد ۰/۰۱۴۱ N | ۶ |
رایجترین و ارزانترین شاخص در ایران | شاخص روش ب (تشکیل رنگ قرمز آجری) | محلول ۵٪ آبی | کرومات پتاسیم (K₂CrO₄) – شاخص | ۷ |
برای حذف مزاحمت بیکربنات و سولفیت | تنظیم pH در روش ب | – | هیدروکسید سدیم (NaOH) 1/0N و اسید سولفوریک ۱/۰ N | ۸ |
قبل از اضافه کردن کرومات استفاده میشود | نشان دادن قلیائیت در روش ب | محلول ۱٪ در اتانل | فنلفتالئین (Phenolphthalein) | ۹ |
بسته به دستگاه ISE متفاوت است | تنظیم قدرت یونی در روش الکترود پ | معمولاً NaNO₃ ۵ مولار | محلولهای استاندارد کلرید (Ionic Strength Adjuster – ISA) برای روش پ | ۱۰ |
توصیه میشود از برند Merck یا معادل ایرانی استفاده شود | کالیبراسیون در همه روشها | گواهیدار CRM | محلول استاندارد کلرید ۱۰۰۰ mg/L (تجاری یا دستساز) | ۱۱ |
نکات مهم :
– نیترات جیوه (روش الف) بسیار سمی و خطرناک است – فقط در صورت لزوم و با مجوز محیط زیست استفاده شود. اکثر آزمایشگاههای بتن از این روش اجتناب میکنند.
– نیترات نقره (روش ب) باعث لک دائمی پوست و لباس میشود – همیشه دستکش نیتریل و روپوش آزمایشگاهی بتن داشته باشید.
– پسماندهای جیوه و نقره باید بهعنوان پسماند خطرناک جداگانه جمعآوری و دفع شوند.
وسایل لازم روش تعیین یون کلراید در آب
توضیحات ضروری برای آزمایشگاه بتن | روش پ (الکترود ISE) | روش ب (نقره نیترات) | روش الف (جیوهسنجی) | وسیله | ردیف |
ضروری – ترجیحاً دیجیتال یا با شیر تفلونی | – | ✔ | ✔ | بورت ۵۰ میلیلیتری کلاس A (دقت ۰/۰۵ mL) | ۱ |
کلاس A، گواهیشده | ✔ | ✔ | ✔ | پیپت حبابدار ۱۰، ۲۵ و ۵۰ میلیلیتری | ۲ |
شیشه پیرکس مقاوم به مواد شیمیایی | ✔ | ✔ | ✔ | ارلن مایر ۲۵۰ میلیلیتری | ۳ |
برای تنظیم دقیق pH | ✔ | ✔ | ✔ | pH متر رومیزی یا قلمی (دقت ±۰۱/۰) | ۴ |
سرعت ثابت در حین تیتراسیون | ✔ | ✔ | ✔ | همزن مغناطیسی (Magnetic Stirrer) + مگنت | ۵ |
برندهای Metrohm، Hanna، WTW رایج در ایران | ✔ | – | – | دستگاه پتانسیومتر یا یونسنج (ISE Meter) | ۶ |
همراه الکترود مرجع (معمولاً دوبل ژنکشن) | ✔ | – | – | الکترود انتخابگر یون کلرید (Cl⁻ ISE) | ۷ |
برای تهیه محلولهای استاندارد | ✔ | ✔ | ✔ | بالن ۱۰۰۰ میلیلیتری | ۸ |
برای وزنکردن دقیق NaCl اولیه | ✔ | ✔ | ✔ | ترازوی تحلیلی ۴ رقم اعشار | ۹ |
بهخصوص برای روش الف (جیوه) | – | ✔ (توصیه قوی) | ✔ (الزامی) | هود شیمیایی | ۱۰ |
نگهداری محلولهای AgNO₃ و Hg(NO₃)₂ | ✔ | ✔ | ✔ | ظروف پلاستیکی یا شیشهای قهوهایرنگ | ۱۱ |
برای حذف مزاحمت بیکربنات در روش ب | – | ✔ | – | کاغذ تورنسل یا pH متر قلمی | ۱۲ |
برای تنظیم دما در کالیبراسیون ISE | ✔ | – | – | حمام آب یا هیتر ۵۰–۶۰ درجه | ۱۳ |
در بسیاری از پروژههای عمرانی ، بیشتر به وسایل ردیف ۱ تا ۵ و ۷ تا ۹ نیاز دارید (روش ب – تیتراسیون نقره نیترات). این تجهیزات در همه آزمایشگاههای سیار و ثابت بتن موجود است و نیازی به سرمایهگذاری اضافی نیست.
نمونه برداری
نمونهبرداری درست، پایه و اساس نتیجه قابلاعتماد اندازهگیری یون کلرید است. هرگونه اشتباه در این مرحله میتواند نتیجه نهایی را تا چند برابر تغییر دهد. حجم نمونه حداقل ۵۰۰ میلیلیتر و بهتر است ۱ لیتر کامل باشد تا برای آزمونهای همزمان سولفات، قلیائیت، جامدات محلول و pH نیز کافی باشد.
ظرف نمونه باید از جنس پلیاتیلن تمیز یا شیشه باشد. ظرفهای آب معدنی ۱ یا ۵/۱ لیتری خالی که قبلاً با اسید نیتریک رقیق (۱+۹) و سپس چند بار با آب بدون کلرید شسته شدهاند، در کارگاههای بتن کاملاً مناسب و در دسترس هستند. بههیچوجه از ظرفهایی که قبلاً در آنها آب معدنی شور، دوغ یا مایعات دیگر بوده استفاده نکنید؛ حتی پس از شستشو مقدار کمی کلرید از پلاستیک آزاد میشود و نتیجه را بهطور کاذب بالا میبرد.
قبل از نمونهبرداری، ظرف را حداقل سه بار با همان آبی که میخواهید نمونه بگیرید پر و خالی کنید و درپوش را هم بشویید.
در کارگاه بتن یا کنار مخزن آب اختلاط، ابتدا شیر آب یا پمپ را ۲ تا ۳ دقیقه باز کنید تا آب راکد خارج شود، سپس نمونه را مستقیم داخل ظرف بریزید. نمونه را تا گردن ظرف پر کنید تا فضای خالی بالای آن حداقل باشد، درپوش را محکم ببندید و بلافاصله برچسب بزنید.
بر روی برچسب حتماً بنویسید: نام پروژه، محل دقیق نمونهبرداری (مثلاً مخزن آب بچینگ، چاه شماره ۲، تانکر شماره …)، تاریخ و ساعت دقیق نمونهبرداری و نام نمونهبردار.
نمونه را در جای خنک (۴ تا ۱۰ درجه سانتیگراد) و دور از نور مستقیم خورشید نگهداری کنید. بهترین روش در کارگاه، قرار دادن ظرف داخل یخدان همراه چند کیسه یخ است.
اگر همان روز یا حداکثر تا ۴۸ ساعت آینده آزمون انجام میشود، نیازی به اسیدی کردن نیست. اما اگر قرار است تا ۲۸ روز نگهداری شود، بلافاصله پس از نمونهبرداری با اسید نیتریک غلیظ pH را به حدود ۲ برسانید (چند قطره کافی است) و در یخچال نگه دارید.
در مناطق جنوبی کشور (خلیج فارس، عسلویه، بندرعباس و …) اگر احتمال میدهید آب شور یا لبشور باشد، همان لحظه نمونهبرداری آن را ۱۰ یا ۱۰۰ برابر با آب دیونیزه رقیق کنید و حجم رقیقسازی را دقیق روی برچسب یادداشت کنید.
رعایت این نکات ساده باعث میشود نتیجه آزمون کلرید آب اختلاط بتن شما کاملاً قابلاعتماد و مورد قبول ناظر نظام مهندسی و کارفرما باشد.
روش اجرای آزمون
این روش دقیقاً همان روش موهر (Mohr) است که بیش از ۹۵٪ آزمایشگاههای کنترل کیفیت بتن در پروژههای عمرانی، مترو، سد، پل و برجسازی ایران از آن استفاده میکنند.
آمادهسازی محلولها
- محلول استاندارد نیترات نقره ۰/۰۱۴۱ نرمال (معادل ۰/۰۱۴۱ مولار) دقیقاً ۲/۳۹۵۰ گرم نیترات نقره خالص (AgNO₃) آنالیتیکال گرید را در بالن ۱۰۰۰ میلیلیتری وزن کنید، با آب بدون کلرید حل کنید و تا علامت برسانید. در بطری قهوهایرنگ و دور از نور نگهداری کنید. این محلول حداقل ۶ ماه پایدار است.
هر میلیلیتر این محلول ≡ ۰/۵ میلیگرم یون کلرید (Cl⁻)
- محلول شاخص کرومات پتاسیم %۵ – ۵ گرم K₂CrO₄ را در ۱۰۰ میلیلیتر آب بدون کلرید حل کنید. در بطری قطرهچکان نگهداری شود.
مراحل اجرای آزمون
- نمونه آب را خوب هم بزنید و اگر کدر است، از کاغذ صافی معمولی عبور دهید (فیلتر کردن روی نتیجه کلرید تأثیری ندارد).
- بسته به میزان تقریبی کلرید، حجم مناسبی از نمونه را با پیپت داخل ارلن ۲۵۰ میلیلیتری بریزید:
- آب شیرین معمولی و آب اختلاط بتن: ۱۰۰ میلیلیتر
- آب لبشور یا مشکوک: ۵۰ میلیلیتر
- آب خیلی شور: ۲۵ یا ۱۰ میلیلیتر (و بعداً ضریب رقیقسازی را اعمال کنید)
- ۵ قطره شاخص فنلفتالئین اضافه کنید.
- اگر بیرنگ شد ، مستقیم به مرحله ۵ بروید.
- اگر صورتی/قرمز شد (قلیائیت بالا)، با اسید نیتریک رقیق (۱+۹) قطرهقطره تا بیرنگ شدن اسیدی کنید (این کار مزاحمت بیکربنات را حذف میکند).
- دقیقاً ۱ میلیلیتر محلول کرومات پتاسیم ۵٪ اضافه کنید (رنگ محلول زرد خیلی کمرنگ میشود).
- ارلن را زیر بورت نیترات نقره قرار دهید، همزن مغناطیسی را روشن کنید (سرعت متوسط).
- نیترات نقره را بهآرامی و با همزدن مداوم اضافه کنید تا رنگ محلول ناگهان از زرد کمرنگ به قرمز آجری پایدار (حدود ۱۰–۱۵ ثانیه باقی بماند) تغییر کند. این لحظه نقطه پایان تیتراسیون است.
- حجم مصرفی نیترات نقره (V) را به دقت یادداشت کنید.
محاسبه غلظت یون کلرید
غلظت یون کلرید (mg/L Cl⁻) = (حجم مصرفی نیترات نقره به میلیلیتر × ۵۰۰) ÷ حجم نمونه به میلیلیتر
کنترل کیفیت حین آزمون (الزامی در آزمایشگاههای معتبر)
- همیشه یک نمونه شاهد (آب بدون کلرید + مقدار معلوم کلرید استاندارد) همزمان تیتر کنید.
- هر روز صبح بورت را با آب و سپس با نیترات نقره شستشو دهید.
- آزمون را حداقل دو بار تکرار کنید؛ اختلاف نباید بیش از ۰/۱ میلیلیتر باشد.
با رعایت این روش دقیق، نتیجه آزمون کلرید آب اختلاط بتن شما کاملاً قابلاستناد، مورد قبول ناظران سازمان نظام مهندسی، کارفرمایان و سازمان ملی استاندارد خواهد بود. آزمایشگاه بتن مرکز تحقیقات بتن «متب» با تجهیزات به روز آماده انجام آزمایش و تحلیل نتایج آب مصرفی بتن برای پروژه شماست و تنها کافیست با کارشناسان آزمایشگاه بتن ما تماس حاصل فرمایید.
اگر در پروژه فعلیتان هنوز آزمایش کلرید آب اختلاط بتن را انجام ندادهاید، همین امروز اقدام کنید. یک آزمون ارزان میتواند جلوی میلیاردها تومان خسارت خوردگی سازه بتنی شما را بگیرد.
مرکز تحقیقات بتن «متب» آماده است تا در محل پروژه (تهران و تمام استانها) آزمون کلرید، سولفات، pH و تمام پارامترهای آب اختلاط بتن شما را با تجهیزات کالیبرهشده و گزارش رسمی دارای مهر مورد تایید و معتبر انجام دهد. در ضمن در این مرکز دوره های آموزشی آزمایشات آب مصرفی بتن را در کنار سایر دوره های بتن خود برگزار می نمایید که جهت دریافت تقویم آموزش این دوره های آموزشی می توانید با واحد آموزش مرکز تحقیقات بتن «متب» تماس بگیرید.
برای رزرو آزمون فوری آب مصرفی در بتن یا دریافت مشاوره رایگان، همین حالا با شمارههای زیر تماس بگیرید یا پیام بدهید.
۸۸۶۶۴۱۵۱ – ۸۸۶۶۴۱۵۲