CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Xác định hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng trước và sau khi xử lý EICI
2.4.1. Phương pháp đo
Hình 2.4a mô tả thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng. Trong thí nghiệm này em sử dụng bình nhựa có 2 ngăn có kớch thước mỗi ngăn hỡnh chữ L: 12ì 9 cm, đường kớnh ngoài 4 cm, kẹp ở
giữa là đĩa xi măng. Đĩa xi măng (dày 2 cm) được sơn che phủ xung quanh bằng nhựa epoxy chỉ để hở 1 khoảng đường kính 1 cm ở tâm đĩa, do dung dịch đi qua giữa 2 ngăn (hình 2.5). Dung dịch bị ngăn rò rỉ nhờ các gioăng cao su ở 2 bên mặt đĩa vữa và phần nhựa epoxy bọc bên rìa ngoài của đĩa vữa (hình 2.6).
Như mô tả trong hình 2.4, trong mỗi ngăn có 1 điện cực bằng platin dùng để đặt điện thế một chiều đi qua đĩa vữa, điện thế áp đặt giữa 2 điện cực là 20V. Ở buồng bên trái, điện cực Pt này gắn với cực âm của nguồn điện 1 chiều và ở buồng bên phải sẽ gắn với cực dương của nguồn điện. Ngăn bên trái chứa dung dịch 3% NaCl và ngăn bên phải chứa dung dịch 4,3% NaNO3. Nồng độ ion clorua ở ngăn bên phải theo thời gian được xác định thông qua đo điện thế của cảm biến clorua (Ag/AgCl) so sánh với điện cực MSE kết hợp với đường chuẩn nồng độ. Từ các giá trị này, có thể xác định được hệ số khuếch tán D của ion clorua. Chi tiết về cách chế tạo và chuẩn nồng độ của cảm biến ion clorua sẽ được trình bầy dưới đây.
Hệ số khuếch tán D được tính toán cho ion clorua theo công thức sau:
0 D d RT.
t E zF
=
(2.1) Trong đó:
• d= chiều dày đĩa vữa xi măng (2.10-2 m);
• t0 = thời gian cần thiết để ion clorua đi qua chiều dài d;
• E= Cường độ điện trường (V/m) = (điện thế áp đặt/chiều dày d của vữa xi măng);
• R= Hằng số khí lý trưởng = 8.3 J. K-1 mol-1
• T = Nhiệt độ tuyệt đối ≈ 300o K
• z = Số điện tích = 1
• F = Hằng số Faraday = 96485 s. A.mol-1
(a)
(b)
Hình 2.4: Thí nghiệm đo hệ số khuếch tán của clorua: a) Sơ đồ thí nghiệm và b) Bình thí nghiệm 2 ngăn với đĩa vữa xi măng dày 2 cm
Hình 2.5: Đĩa xi măng sau khi được cắt lớp
Hình 2.6: Các phụ kiện của bình hai ngăn và đĩa vữa xi măng
2.4.2. Chế tạo cảm biến clorua
Quỏ trỡnh xõm nhập clorua theo thời gian đú được theo dừi bằng một cảm biến tự chế nhúng trong mỗi mẫu đo tương ứng. Đầu đo clorua được làm bằng điện cực bạc/bạc clorua (Ag/AgCl) bằng cách sử dụng phương pháp điện phân trên thiết bị AUTOLAB PGSTAT 30 (Ecochemie, Hà Lan).
Để chế tạo cảm biến clorua, trước tiên dây bạc (đường kính 1 mm, 99,9%, Sigma, Mỹ) được cắt với chiều dài 3 cm và được hàn vào một thanh đồng cứng với các điểm hàn được phủ nhựa epoxy cách điện (hình 2.7).
Quy trình chế tạo cảm biến clorua như sau :
* Làm sạch dây bạc bằng giấy nhám mịn (số #1200).
* Rửa sạch dây bạc đánh bóng với acetone và sau đó rửa bằng nước cất và rung siêu âm (Model TPC-15H, 35 KHz, Telsonic AG, Thụy Sỹ), với thời gian 5 phút.
* Đặt 2 dây bạc sạch vào dung dịch 0,1 M KCl (Merck, Đức)
* Cho dòng điện 1 chiều không đổi chạy qua với mật độ dòng 1 A/m2 trong thời gian 30 phút, khi đó tạo thành một lớp AgCl trên dây bạc (hình thành cặp điện cực Ag/AgCl).
* Các điện cực Ag/AgCl đã được chế tạo ở trên được lưu giữ trước khi sử dụng bằng cách ngâm trong dung dịch KCl bão hòa và giữ bảo quản trong một chai thủy tinh tối mầu.
Để có thể tiến hành đo hàm lượng clorua trong dung dịch nghiên cứu thì sau khi được chế tạo các cảm biến clorua phải được chuẩn điện thế theo nồng độ (trong dung dịch natri clorua trong ở pH ≈ 7).
Quy trình chuẩn các cảm biến clorua như sau:
- Chuẩn bị 5 cốc thủy tinh (250 ml) chứa các dung dịch ứng với nồng độ NaCl trong nước cất là 0,001; 0,005; 0,01; 0,05 và 0,1 M tương ứng.
- Tiến hành đo điện thế của cảm biến clorua vừa chế tạo so với điện cực so sánh là điện cực MSE sunfat thủy ngân Hg/HgSO4 lần lượt trong các dung dịch chuẩn nói trên (hình 2.8). Ở đây không sử dụng điện cực so sánh calomen thông dụng nhằm để tránh sai số do sự thấm clorua ra bên ngoài từ điện cực so sánh. Sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện thế khi nối dây đỏ là cực (+) với cảm biến Ag/AgCl và nối dây đen là cực (-) với điện cực MSE. Biểu diễn hàm tương quan E (mV) và Ln[Cl] sẽ thu được đường chuẩn tuyến tính trong khoảng nồng độ nghiên cứu. Sử dụng đường chuẩn này để tính toán nồng độ clorua tương ứng trong các mẫu nghiên cứu từ điện thế đo được bằng cảm biến.
Hình 2.7: Cảm biến clorua sau khi được chế tạo
Hình 2.8: Xây dựng đường chuẩn nồng độ cho các cảm biến clorua bằng dung dịch chuẩn natri clorua