氯离子选择性电极测定新拌混凝土氯离子含量.pdf

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质量控制与检测
氯离子选择性电极测定
新拌混凝土氯离子含量
李方贤1李学文2余其俊1
(1华南理工大学材料科学与工程学院:2广东省建筑材料研究院)
摘要】基于氯离子选择性电极的检测原理和特点,通过对功能模块和相应软件的设计,开发出
了氯离子选择性电极测定新拌混凝上氯离子含量的检测装置:通过配制一系列标准浓度的氯离子溶
沒,建立了氯离子含量标准曲线:以此作为检测的标准曲线,氯离子含量的实际檢测结果与理论位之
问的误差在士5%之内,达到了设计日
关键词】氯离子;新拌混凝土;选择性电极:标准曲线
1前言
氯离子选择性电极使用时,由氯离子选择性电极
饱和甘汞电极与待测定溶液纽成原电池,测得电动势E
随着混凝土使用环境的复杂化和海砂的使用量遂与C1活度之间的关系式为
步增多,氯离子检测口趋受到工程界的重视。目前对混
凝上中氯离子的检测主要采用三种方法:铬酸钾法、电
E=K-1
(式1)
位滴定法和氯离了选择性电极法2。铬酸钾法检测精
x式(1)中:E为该原电池的电动势值,K为当IC
度不高,与电位滴定法一样,操作步驟繁顷,只适合实验为1时的电池电动势值,RT/nF为enst方程的斜率
室使用,虽然在《混凝土结构设计规范》(GB常数,[Cl]为试样溶液的C1活度,ビ与In[Cl]成线
50010-2002)附录C中采用电位滴定法检測混凝上中氯形关系。由于K和I/nT值是常数,可配制一系列标准
离了含量3,但是其仪器设备不适合现场俭测。氯离了C1溶液,利用其活度及对应的原电池电动势数据,经线
选择性电极法测定混凝士中氯离了含量具有检测装置性回归分析求得。所以,只要测定未知试液所组成的原
少、测定迅速、操作简単、测定结果精确、适用范围广等电池电动势,根据回归分析公式即可求得其C-的浓
优点:而且制定一次标准曲线可以测定大量的混凝土样度,也可做出与In[CI]标准曲线,根据样品的I标
品,方便对现场的混凝土进行检测。因此,日前市场上大准曲线求出待测溶液中C1浓度。本研究采用后一种方
部分的氯离子检测方法都是采用氯离了选择性电极法,法,即E-1nlC1标准曲线法。
但该方法不能自接检测新混凝上。检測新混凝士氯2氯离子选择性电极检测新拌混凝土氯离子含
溶中品入的水分是来知的,如果能影取样量的特点
前测定混凝士的含水量,则在取样质量一定的情況下,
氯离子选择性电柲法检测新拌混凝上氯离子含量
就可以准确知道被测样品中水分的质量,这样就可以测时,只需要对新混凝上徉品进行简单的稀释,对混凝
定新拌混凝上中氯离了含量。所以,新拌混凝上含水量土本身没有任何影响。氯离子选择性电极在使用时只需
的测定是氯离子含量测定的前提。本研究实現了新拌混指配一个色和甘表参比电校即可进行检测,被测的
凝土含水及氯离子含最在施工现场的快速測定,有利土液要求低,即使是液也可边行注确测定:测
于加强新拌混凝土质量的实时控制,提高混凝土的耐久量的灵敏度高,可以测量微量的氯离子,一般的氯离
性,减少因混凝上质量和耐久性引起的工程事故,具有选择性电极都可以测到pb数量级,十扰离子相对较
重要的工程实践价值。
少:而且测定的标准曲线具有普适性,适合所有新拌混
凝上氯离了含量的现场检测。
2氯离子选择性电极的检测原理和特点
3检测裝置硬件功能模块的设计与开发
2.1氯离子选择性电极的检测原理
根据检测装置所要实现的功能,可以把整个硬件系
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统分成四个部分:信号采集、信号转换、单片机(数据处换为电压信号。氯离子选择性电极内阻较大,使用
理)、外接设备(需要另外配置)。硬件系统关系如图1所OPA11进行信号放大
数据处理模块包括数据采集后的初步处理时使
的STC12C5410AD单片机以及后期数据处理、显示和操
度的国
作界面时使用的ARM9开发板。STC12(C5410系列单片机
是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051内核单片机,具
日人
有全新的流水线、精简指令集结构。ARM9开发板采用专
业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片米保证系統运
行时的稳定性回。
高植度整根ADPT5
要系
除了以上二种主要功能模块外,检测装置功能的实
现还需要以下几种辅助硬件元件,包括电源檍压心片、
基准比较电源芯片和光耦合器。
根据模块功能设计要求,使用 Prote99SE软件进
行的硬件电路设计和印刷电路板设计,完成数据采集
单片s1LC541口
信号转换和SIC单片机的电路板印刷,组装ARM9开发
板和STC单片机电路板,并通过相应软件的编写以及?
电路和编屜程序。STC单片机电路板和完整的检测装置
上AM9
图如图2和图3所示。
画中回准杠片在智售
图1检测装置功能糢块框架图
信号采集模块主要功能包括红外线的采集信号、氯
离子选择性电极的采集信号和试验附温度的采集信号
这些信号都是通过各自特殊的传感器来完成
(1)含水量检测用传感器选择:为减小检测装置的体
积和方便现场检测的要求,选用红外传感器。红外传感
器具有小型化的特点,而且信号处理简单,只需经过放
长E原
大和模数转换即可得出测量值
图2STC单片机电路板
(2)氯离了选择性电极的选择:选用国产PCI-1型氯
离子选择性电枚,它是以AgC1-AgS为敏感膜的氯离子
选择性单晶膜电极。
(3)外参比电极的选择:由于氯离了选择性电极不能
单独使用,所以要搭配一个外参比电极才能与被测溶液
起组成原电池,采用217型双盐桥饱和出末电枚
(4)温度传感器的选择:由于氯离子在不同的温度
其活度是不同的,所以检测待测溶液中的氯离子含
量时应同吋检测环境温度,以便对检测结果进行修正。
图3完整的检測装置图
信号转换模块主要包括模数(A/D)转换器和信号放
大器。采用十六位分辨率的AD7705模数转換器,具有自
氪离子含量标准曲线的建立
校准和系统校准功能,能够消除器件本身、系统的增益
氯离子含量标准曲线的建立较为简单,因为离子电
以及偏移误差。由」红外传感器输出的是0~10mM的电极测定的是溶液中的氯离子含量,标准曲线的建立与样
流,而AD705接收的是电压信号,故需要把电流信号转品无关,只与溶液中的氯离子浓度有关,所以在建立氯
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