Bestimmung des Chlorid-Iongehalts in Betonzusatzmitteln mittels Ionenchromatographie

Stahlkorrosion ist ein Hauptfaktor, der die Haltbarkeit von Stahlbetonkonstruktionen beeinflusst. Das Vorhandensein von Chloridionen in Beton ist eine der Hauptursachen für Stahlkorrosion, und die Chloridionenerosion ist der wichtigste Auslöser für eine solche Korrosion. Beton besteht hauptsächlich aus Zement, Zuschlagstoffen, Anmachwasser und Betonzusatzmitteln. Die in Betonzusatzmitteln enthaltenen Chloridionen stellen eine Hauptquelle für Chloridionen in Beton dar. Daher ist der Nachweis von Chloridionen in Betonzusatzmitteln von großer Bedeutung.

In dieser Studie wurde ein Wayeal-Ionenchromatograph mit einer NovaChrom HS-5A-P2-Anionenaustauschsäule eingesetzt, um Zielionen von anderen störenden Ionen zu trennen. Es wurde eine hochempfindliche, präzise, schnelle und genaue Analysemethode für Chloridionen in Betonzusatzmitteln etabliert.

Schlüsselwörter:Ionenchromatographie, Betonzusatzmittel, Chloridionen.

1. Experimentelle Methode

1.1 Gerätekonfiguration

Tabelle 1 Konfigurationsliste des Ionenchromatographiesystems

1.2 Experimentelles Material und Hilfsausrüstung

Standard-Chloridionenlösung in Wasser: 1000 mg/L

Salpetersäure: GR

Probe: Betonbehandlungsmittel

Wasserbasierter Spritzenfilter (0,22 μm)

Analysenwaage mit 0,0001 g Genauigkeit

Das Experimentierwasser wurde mit einem Wayeal-Ultrareinwasserreinigungssystem mit einer Leitfähigkeit von 18,25 MΩ·cm (bei 25 °C) hergestellt.

1.3 Testbedingungen

Tabelle 2 Ionenchromatographiebedingungen

1.4 Probenvorbehandlung

Wiegen Sie genau 0,5 g der Zusatzmittelprobe, auf 0,1 mg genau. Geben Sie sie in ein 50-ml-Zentrifugenröhrchen, fügen Sie 25 ml Wasser und 5 Tropfen Salpetersäure hinzu, um die Probe aufzulösen. Wenn die Probe wasserlöslich ist, fügen Sie weitere 25 ml Wasser hinzu. Vortexen Sie, um gründlich zu mischen, und lassen Sie es dann stehen. Leiten Sie die Probe durch eine Vorbehandlungs-RP-Kartusche und einen 0,22 μm Einweg-Spritzenfilter, bevor Sie sie zur Analyse in den Ionenchromatographen einführen. Behalten Sie die gleichen Analysebedingungen bei und führen Sie einen Blindtest durch.

2. Ergebnis und Diskussion

2.1 Linearitätstest

Es wurden nacheinander eine Reihe von Chloridionen-Standard-Arbeitslösungen mit Konzentrationen von 1 mg/L, 2 mg/L, 4 mg/L, 6 mg/L und 8 mg/L pipettiert. Nach den in Abschnitt 1.3 angegebenen Analysebedingungen wurden die Überlappungschromatogramme für die Standardkurve wie in Abbildung 1 gezeigt. Die lineare Gleichung ist in Tabelle 3 dargestellt. Unter diesen chromatographischen Bedingungen wies die Chloridionen-Kalibrierungskurve einen Korrelationskoeffizienten (R) von mehr als 0,999 auf, was auf eine ausgezeichnete Linearität hindeutet.

Abb. 1 Überlappungschromatogramm der Standardkurve

Abb. 2 Chloridionen-Standardkurve

Tabelle 3 Lineare Gleichung der Standardkurve

2.2 Nachweisgrenze

Gemäß der „GB/T 8077-2023 Prüfmethode für die Gleichmäßigkeit von Betonzusatzmitteln“ beträgt die Nachweisgrenze für Chloridionen mittels Ionenchromatographie 0,01 mg/L. Bei dieser Methode ist das Signal-Rausch-Verhältnis für Chloridionen bei 0,01 mg/L deutlich größer als 3, was den Empfindlichkeitsanforderungen des nationalen Standards entspricht. Die Signal-Rausch-Verhältnisse für die Chloridionen-Nachweisgrenze sind in Tabelle 4 aufgeführt, und das entsprechende Chromatogramm ist in Abbildung 3 dargestellt.

Tabelle 4 Signal-Rausch-Verhältnis der Chloridionen-Nachweisgrenze

Abb. 3 Chromatogramm der Chloridionen-Nachweisgrenze

2.3 Probentest

2.3.1 Probengehaltstest

Unter den in Abschnitt 1.3 angegebenen Analysebedingungen wurden Paralleltests an den in Abschnitt 1.4 beschriebenen vorbehandelten Proben durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten eine gute Reproduzierbarkeit der Proben. Die Chromatogramme der Parallelproben sind in den Abbildungen 4 und 5 dargestellt, und der in den Proben erhaltene Chloridionengehalt ist in Tabelle 5 dargestellt.

Abb. 4 Chromatogramm des Chloridionentests für Parallelprobe 1 des Behandlungsmittels

Abb. 5 Chromatogramm des Chloridionentests für Parallelprobe 2 des Behandlungsmittels

Tabelle 5 Probenergebnisanalyse

Anmerkungen: ① Die Testergebnisse wurden um Blindwerte korrigiert; ② Abweichungen können zwischen Ergebnissen bestehen, die mit verschiedenen Methoden oder in verschiedenen Labors erzielt wurden.

2.3.2 Wiederholbarkeitsgrenze der Probe

Gemäß den Anforderungen des nationalen Standards muss die Wiederholbarkeitsgrenze für Probenprüfungen den Spezifikationen in Tabelle 6 unten entsprechen:

Tabelle 6 Anforderungen an die Wiederholbarkeitsgrenze der Probe

Basierend auf den Testdaten der Proben in Abschnitt 2.3.1 wird die Wiederholbarkeitsgrenze für das Behandlungsmittel wie folgt berechnet: |0,0487 % – 0,0469 %| = 0,0018 %, was weniger als 0,02 % ist und den Anforderungen des nationalen Standards entspricht.

2.3.3 Wiederholbarkeitstest der Probe

Unter den in Abschnitt 1.3 angegebenen Arbeitsprüfbedingungen wurden Wiederholbarkeitstests an den in Abschnitt 1.4 beschriebenen vorbehandelten Proben durchgeführt. Die Überlappungschromatogramme, die aus mehreren Injektionen erhalten wurden, sind in den Abbildungen 6 und 7 dargestellt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt, was darauf hindeutet, dass die relative Standardabweichung (RSD) der Peakfläche für Chloridionen in den Wiederholbarkeitstests zwischen 0,238 % und 0,243 % lag und die RSD der Retentionszeit zwischen 0,015 % und 0,028 % lag. Die Ergebnisse sind zuverlässig und zeigen eine gute Wiederholbarkeit.

Abb. 6 Überlappungschromatogramme von Chloridionen für Behandlungsmittel Parallelprobe 1 (6 Injektionen)

Abb. 7 Überlappungschromatogramme von Chloridionen für Behandlungsmittel Parallelprobe 2 (6 Injektionen)

Tabelle 7 Wiederholbarkeitsergebnisse der Probe

3. Schlussfolgerung

Dieses Experiment bezog sich auf die in der kommenden Norm GB/T 8076-2025 "Betonzusatzmittel" spezifizierte Ionenchromatographiemethode. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass für sechs aufeinanderfolgende Injektionen der Probenlösung die Retentionszeit-RSD zwischen 0,015 % und 0,028 % lag und die Peakflächen-RSD zwischen 0,238 % und 0,243 % lag. Die Methode zeigte gute Injektionsnachweisgrenzen und eine ausgezeichnete Linearität mit einem Korrelationskoeffizienten R² von 0,99911. Alle oben genannten Daten erfüllen die Anforderungen der nationalen Standardmethode für die instrumentelle Leistung. Es wurde eine Ionenchromatographiemethode zur Bestimmung des Chloridionengehalts in Betonzusatzmitteln unter Verwendung eines Waayeal-Ionenchromatographen mit einem Leitfähigkeitsdetektor etabliert. Nach der Probenvorbehandlung wurde die Trennung an einer Ionenchromatographiesäule durchgeführt und die Quantifizierung mit der externen Standardmethode durchgeführt. Dieser Ansatz ermöglicht sowohl die qualitative als auch die quantitative Analyse von Chloridionen in Betonzusatzmitteln. Die Methode ist unkompliziert, zeigt eine gute Wiederholbarkeit und erfüllt die erforderlichen Kriterien für Empfindlichkeit, Parallelität und Wiederholbarkeitsgrenzen. Sie kann für die Bestimmung des Chloridionengehalts in Betonzusatzmitteln angewendet werden. Die Validierung der Ionenchromatographiemethode zur Chloridionenbestimmung, die in der neu veröffentlichten GB/T 8076-2025 "Betonzusatzmittel" spezifiziert ist, wurde erfolgreich abgeschlossen.