预拌混凝土氯离子含量控制探讨

商品混凝土

2013年第7期 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete 实践技术

预拌混凝土氯离子含量控制探讨

胡宏波，金勤剑

（宁波市建材产品质量检验站，浙江 宁波 315016）

［摘 要］本文介绍了混凝土结构芯样氯离子含量的测试，比较了涉及混凝土成品、结构和原料氯离子限量与测试方法的现行有效的相关标准及关联，从原料出发对成品氯离子含量进行了模拟理论推导，并联系工程实例测试进行了详细叙述和探讨，以便确定各种原辅材料氯离子合理的控制值，为商品混凝土企业提供借鉴。［关键词］预拌混凝土；氯离子；控制

0 前言

混凝土中氯盐腐蚀钢筋的机理是，游离氯离子与钢筋发生化学反应，引起钢筋锈蚀而膨胀，导致混凝土沿钢筋的位置出现裂缝，大大降低混凝土结构的耐久性，缩短建筑物的设计使用年限（如图 1 所示）。氯离子对钢筋混凝土耐久性的危害，不言而喻，成为重大而迫切的焦点问题。

钢筋腐蚀程度

JGJ 55—2011《混凝土配合比设计规程》，该版中对混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量有要求（见表 2）。而GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》、GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》、GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、GB 50208－2011 《地下防水工程质量验收规范》等与之大同小异。

表 1 氯离子总含量的最高限值

混凝土类型及其所处环境类别

素混凝土

室内正常环境下的钢筋混凝土

室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境下的钢筋混凝土严寒和寒冷地区的露天环境；与无侵蚀性的水或土壤

直接接触的环境下的钢筋混凝土使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的

环境；滨海室外环境下的钢筋混凝土预应力混凝土构件及设计使用年限为 100 年的室内正

常环境下的钢筋混凝土

最大氯离子含量 (%)

2.01.00.30.20.10.06

t0t1

混凝土结构龄期

t2t3

图 1 氯离子环境下钢筋腐蚀的发展过程

商品混凝土搅拌站实行专业化生产管理，采用先进的工艺技术集中搅拌，有利于降耗提效、改善劳动条件、减少环境污染、稳定工程混凝土产品质量。前段时间深圳海砂事件暴露出来的问题，值得广大商品混凝土企业借鉴。混凝土中的氯离子不仅来自砂中，也来自水泥、粉煤灰、外加剂、水等原材料。为此，本文就商混成品与原材料氯离子含量控制问题进行探讨。

注：氯离子含量系指其占所用水泥（含替代水泥量的矿物掺合料）重量的百分率，并规定混凝土拌合物氯离子总含量以供方提供的资料为依据，计算混凝土各组成材料的氯离子含量求得。

表 2 混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量

（水泥用量的质量百分比, %）

环境条件干燥环境潮湿但不含氯离子潮湿且含氯离子的环境、盐

渍土环境

除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀

环境

水溶性氯离子最大含量

钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土

0.30 0.20 0.10 0.06

0.06

1.00

1 现行的标准及测试方法

1.1 标准及限值1.1.1 混凝土

GB 14902—2003《预拌混凝土》对氯离子总含量（表 1）的表述。

但是，应该注意到，在该标准的规范性引用文件中有 JGJ 55《普通混凝土配合比设计规程》，该规程已修订为

1.1.2 原材料1.1.2.1 水泥

应符合 GB 175—2007 《通用硅酸盐水泥》的要求，氯离子含量不应大于 0.06%。1.1.2.2 细骨料

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（1）细骨料应符合 GB/T 14684—2011 《建设用砂》、 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》、 JGJ206—2010《海砂混凝土应用技术规范》的有关规定。

（2）细骨料质量主要控制项目包括颗粒级配、细度模数、含泥量、泥块含量、坚固性、氯离子含量和有害物质含量；海砂主要控制项目除上述要求外，还应包括贝壳含量；

① 钢筋混凝土和预应力混凝土用砂的氯离子含量分别不应大于 0.06% 和 0.02%；

② 混凝土用海砂应经过净化处理；

③ 混凝土用海砂氯离子含量不应大于 0.03%，贝壳含量应符合规定。海砂不得用于预应力混凝土；

（3）宁波市住建委甬建发 [2012]76 号文件要求对氯离子含量、含泥量、贝壳含量作了具体规定，其中氯离子含量要求

应符合 JGJ63—2006 《混凝土用水标准》，详见表 3。

（1）JGJ55—2011 《混凝土配合比设计规程》采用 JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》混凝土拌合物中氯离子含量的快速测定方法；

（2）GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》采用 JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》中混凝土拌合物中氯离子含量的快速测定方法或其它准确度更好的方法进行测定；

（3）GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》规定混凝土及其原材料中氯离子含量的测定方法应符合表 4 的规定。

（4）其他方法 GB /T 50344—2004《建筑结构检测技术标准》附录 C 混凝土中氯离子含量的测定方法，电位滴定法。参考 GB 9725—1988《化学试剂电位滴定法通则》。

2 理论模拟计算与估测

（1）由于氯化物含量对混凝土结构耐久性影响巨大，大面积的返工是不可想象的。混凝土拌合物中氯化物总含量（以氯离子重量计）来源于各组成材料，如水泥、粉煤灰、黄砂、石子、水、外加剂，故原材料的氯离子含量必须依据经济和成本的原则严格控制，并对新拌混凝土加测氯离子浓度（可考虑现场条件，氯离子选择电极快速测定法）。

（2）某搅拌站提供的基础混凝土配合比为：

水泥∶粉煤灰∶黄砂∶石子∶水∶外加剂＝ 1∶0.21∶ 2.51∶3. 20 ∶0. 50∶0.025；

胶凝材料占比, %＝(1＋0.21)/(1＋0.21＋2.51＋3.20＋0.50＋0.025)×100%＝16.25%；

表 3 混凝土拌合用水水质要求

项 目 Cl- (mg/l)

预应力混凝土 ≤500

钢筋混凝土 ≤1000

素混凝土 ≤3500

1.1.2.4 外加剂

应符合 GB 8076—2008《混凝土外加剂》，氯离子含量不超过生产厂控制值。1.2 测定方法

表 4 氯离子含量测定方法

测试对象

试验方法

测试内容

参照规范/标准

硝酸银滴定水溶氯离子，1L 新拌混凝土溶于 1L 水中，氯离子百分含量

搅拌 3min，取上部 50ml 溶液。《水质 氯化物的测定 硝酸银滴定法》氯离子选择电极快速测定，取 600g 砂浆，用氯离子选砂浆中氯离子的选择电

JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》

择电极和甘汞电极进行测量。位电势硝酸银滴定水溶氯离子，5g 粉末溶于 100ml 蒸馏水，磁GB l1896—89

氯离子百分含量

力搅拌 2h，取 50ml 溶液《水质 氯化物的测定 硝酸银滴定法》硝酸银滴定水溶氯离子，20g 混凝土硬化砂浆粉末溶于 GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》、

氯离子百分含量

200ml 蒸馏水，搅拌 2min，浸泡 24h，取 20ml 溶液。JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》

JGJ52—2006硝酸银滴定水溶氯离子，水砂比 2∶1，10ml 澄清溶液

氯离子百分含量

稀释至 100ml。《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》电位滴定法测水溶氯离子，固体外加剂 5g 溶于 200ml GB/T 8077—2012

氯离子百分含量

水中；液体外加剂 10ml 稀释至 100ml。《混凝土外加剂匀质性试验方法》

新拌混凝土

硬化混凝土

砂外加剂

表 5 氯离子含量估算 %

项目素混凝土钢筋混凝土 1钢筋混凝土 2钢筋混凝土 3预应力混凝土 1预应力混凝土 2

水泥0.060.060.060.060.0300.030

粉煤灰——————

黄砂0.060.060.020.00200.0020.010

石子——————

水0.350.100.050.050.0100.010

外加剂0.050.050.050.050.050.05

理论值 10.329 0.208 0.116 0.084 0.043 0.057

理论值 20.398 0.252 0.141 0.102 0.052 0.069

拌合物假设值

0.0510.0350.0170.0100.0070.009

计算值 10.3450.2150.1050.0620.0430.049

计算值 20.4120.2610.1260.0740.0520.067

注：1、理论值 1，从各原材料根据 GB/T 50476—2008 推导出的氯离子含量，指其占所用水泥（含替代水泥量的矿物掺合料）重量的百分率；

2、理论值 2，从各原材料根据 JGJ 55—2011、GB 50164—2011 推导出的氯离子含量，指其占所用水泥重量的百分率；

3、计算值 1，从拌合物假设值根据GB/T 50476—2008 推导出的氯离子含量，指其占所用水泥（含替代水泥量的矿物掺合料）重量的百分率；

4、计算值 2，从拌合物假设值根据 JGJ 55—2011、GB 50164—2011 推导出的氯离子含量，指其占所用水泥重量的百分率。

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水泥占比, %＝1/(1＋0.21＋2.51＋3.20＋0.50＋0.025) ×100%＝13.43%

3 工程检测实例

3.1 实例一

奉化某住宅小区 5 楼室内柱取芯，如图 2；磨细过 80 目筛（剔除粗集料），烘干，按 GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》测定。

图 2 氯离子测定的混凝土结构芯样

混凝土配合比为：水泥∶水∶粉煤灰∶砂∶石子∶外加剂＝280∶138∶70∶816∶1060∶6；

混凝土中氯离子含量检测结果：0.0408%；

混凝土中胶凝材料的重量百分比：(280＋70)×100%/(280＋138＋70＋816＋1060＋6)＝14.77

故混凝土中氯离子含量占水泥的重量百分比为： (0.0408/14.77 )×100%= 0.276%

查表 2 对照“ 钢筋混凝土 干燥环境” 水溶性氯离子最大含量为 0.30%，判为合格。3.2 实例二

慈溪某大厦地下工程围护桩取芯，处理方法同上

混凝土配合比为：水泥∶水∶粉煤灰∶砂∶石子∶外加剂＝355∶146∶65∶702∶1065∶7

混凝土中氯离子含量检测结果：0.0317%；

混凝土中胶凝材料的重量百分比：(355＋65)×100%/(355＋146＋65＋702＋1065＋7)＝17.95%

故混凝土中氯离子含量占水泥的重量百分比为：(0.0317/17.95)×100%＝0.177%查表 2 对照“ 钢筋混凝土 潮湿且含氯离子的环境、盐渍土环境” 水溶性氯离子最大含量为 0.10%，判为不合格。

根据以上换算结果，还须考虑下列因素：

（1）提供的配合比与实际施工时的配合比是否一致；（2）检测报告中混凝土中氯离子含量与标准 JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》中混凝土拌合物中以水泥重量为基准的氯化物百分含量之间的差异。

4 讨论

（1）JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》与 GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》的氯离子含量，指其占所用水泥重量的百分率；而 GB/T 50476—2008《混凝土

结构耐久性设计规范》的用单位体积混凝土中氯离子与胶凝材料的重量比表示，两者存在差异；GB14902—2003《预拌混凝土》对氯离子总含量（表 1）的表述应该已失效。

（2）同一批商品混凝土浇筑不同的部位，取样部位应包括处于最不利环境的混凝土结构部位，原则上以环境条件最恶劣的为准，以 GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》为例：

——处于干湿交替环境（Ⅰ-C）中的地下室外墙混凝土结构，混凝土中氯离子最大含量 0.15%；

——处于干湿交替环境（Ⅰ-C）中的厨房/卫生间混凝土结构，混凝土中氯离子最大含量 0.15%；

——处于重度酸雨大气污染环境（Ⅴ-E）中的外墙混凝土结构，混凝土中氯离子最大含量 0.15%；

——处于汽车尾气类大气污染环境（Ⅴ-C）中的地下车库混凝土结构，混凝土中氯离子最大含量 0.15%；

——处于涨潮岸线以外 100～300m 内的陆上室外海洋氯化物环境（Ⅲ-D）中的建筑物外墙混凝土结构，混凝土中氯离子最大含量 0.10%；

——离涨潮岸线 100m 以内，低于海平面以上 15m 的陆上室外海洋氯化物环境（Ⅲ-E）中的建筑物外墙混凝土结构，混凝土中氯离子最大含量 0.10%；

按 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》控制值上限提供的的原材料要求很难配出合格的产品。一般地，如果工地和搅拌站没有充分的协调，很难做到分部位供应商品混凝土，则必须考虑最不利环境的混凝土结构部位。为此，必须严格控制原材料的氯离子含量。

从经济适用和可能的角度，原材料分品种分别控制如下：

——建议控制水的氯离子含量在 100mg/l 以下（一般的自来水应该在 50mg/l 以下）；

——建设用砂的氯离子含量应该严格控制，即便近海的宁波，在 2012 年禁海砂后，要求在 0.0020% 以下，实践中即使少量超标，也肯定在 0.010% 以下（GB/T14684—2011《建设用砂》的氯离子含量要求，Ⅰ类）；

——选用低氯离子含量的减水剂等外加剂；

——关注水泥的氯离子含量（与供方签订相关条款），最好控制在 0.030% 以下，从我们积累的历史数据看，不难达到。

（3）理论测算值与实际值存在偏差，其原因可能是：——未考虑粉煤灰和石子带入的氯离子；

——未考虑游离氯离子因在环境中（在加热、催化剂、光照等条件下）与某些物质（如水泥中的 C3A 等）结合发生化学反应或物理吸附而失去活性。

（4）建议有条件的单位配备氯离子快速测定仪，加强原料、半成品和成品的氯离子含量监测，不失为实用有效的措施。

（5）现行有效的若干标准中氯离子含量的表述，如 JGJ 55—2011、GB 50164—2011 指其占所用水泥重量的百分率，而 GB/T 50476—2008 指其占所用水泥（含替代水泥量的矿物掺合料）重量的百分率；建议能统一。

（下转第 66 页）

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经验交流 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete 2013年第7期

较 4 和 3、8 和 7、12 和 11 可以看出，在调整后的基础上，加大粉煤灰掺量后，混凝土的强度基本不变或略有增加，加大粉煤灰掺量的混凝土较先前的和易性明显改善。

3 经济效益分析

以 C30 为例，调整前的 5 号和调整后的 8 号相比较，42.5 普通硅酸盐水泥每方节省了 75kg，矿粉增加了 63kg，粉煤灰增加了 12kg，按水泥 380元/t，矿粉 200元/t，粉煤灰 40元/t 计，每方可节约成本约 15 元，经济效益由此可见。

表 6 混凝土配合比 kg/m3

编号强度[**************]

水胶比

水

水泥矿粉[***********][***********]

[***********]888

粉煤黄河天然外加

碎石砂率

灰砂砂剂[***********]606075

[***********][***********]

497101345%8.0497101345%8.0497101345%8.0497101345%8.[***********]0430430

98943%12.098943%12.098943%12.098943%12.099242%14.099242%14.099242%14.099242%14.0

C200.45175C200.45175C200.45175C200.45175C300.37178C300.37178C300.37178C300.37178C400.35175C400.35175C400.35175C400.35175

4 结论

（1）通过对几种萘系和聚羧酸外加剂的比较，我们最终

选定高性能聚羧酸减水剂，其掺量低，减水率高，收缩小，大幅度提高混凝土的早期、后期强度。高性能聚羧酸减水剂在和易性和水泥不变的情况下，能明显减少拌合用水量，提高混凝土强度，在保持强度相当的情况下，能明显减少胶凝材料的用量，从而达到明显降低成本的效果。

（2）矿粉能够有效的延缓胶凝材料的水化速度，延长凝结时间，尤其在夏季炎热的时候有明显的效果，另外矿粉能够明显的改善混凝土的和易性。由于矿粉和水泥存在部分差价，通过增加矿粉取代水泥量能够在保证混凝土后期强度不变或更高的情况下降低混凝土的生产成本。

（3）粉煤灰能够明显改善混凝土的和易性，通过加入粉煤灰可以实现混凝土长距离泵送，改善混凝土的泵送性能。由于粉煤灰混凝土的水泥用量较少，延长了凝结时间，降低了混凝土的水化热。

（4）合理的砂率能使混凝土更加密实，提高强度和耐久性，最终降低混凝土的生产成本。

（5）通过本次配合比的设计，在保证混凝土质量的前提下，降低了混凝土的生产成本，以 C30 为例，按当地的原材料价格计算， 8 号较 5 号每方节约成本 10 元左右，使企业在竞争中取得独特的优势，朝着更加良性的方向发展。[作者简介] 王峰（1987—），男，山西四建集团有限公司科研所，主要从事混凝土质量和技术工作。

[通讯地址] 山西省太原市并州南路西二巷 8 号（030006）

表 7 混凝土抗压强度值及工作性能

编号[**************]

强度等级C20C20C20C20C30C30C30C30C40C40C40C40

和易性差一般良优差一般良优差一般良优

抗压强度值 (MPa)7d26.627.725.525.629.331.930.431.439.241.041.443.0

28d35.540.940.941.639.842.642.442.249.149.849.651.5

（上接第 41 页）

5 结语

选用合适的原、辅材料，控制预拌混凝土的氯离子含量，减少对钢筋混凝土钢筋的腐蚀，从而提高混凝土耐久性。百年大计，质量第一。

参考文献

[1] GB 14902—2003．预拌混凝土[S]．

[2] JGJ 55—2011．混凝土配合比设计规程 [S]．[3] GB 50164—2011．混凝土质量控制标准[S]．

[4] GB/T 50476—2008．混凝土结构耐久性设计规范[S]．[5] GB /T 50344—2004．建筑结构检测技术标准[S]．[6] GB 9725—1988．化学试剂电位滴定法通则[S]．·66·

[7] JTJ 270—98．水运工程混凝土试验规程[S]．[8] JGJ63—2006．混凝土用水标准[S]．[9] GB 8076—2008．混凝土外加剂[S]．[10] GB 175—2007．通用硅酸盐水泥[S]．[11] GB/T 14684—2011．建设用砂[S]．

[12] JGJ52—2006．普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准[S]．

[13] JGJ206—2010．海砂混凝土应用技术规范[S]．[14] 宁波市住建委 甬建发 [2012]76 号文件．

［作者简介］胡宏波（1965—），浙江宁波人，工程师，从事建筑材料质量检验。

［单位地址］浙江省宁波市广安路 15 号（315016）