化学分析在建筑材料检测中的应用

前言

在建筑行业飞速发展的今天，建筑材料的质量检测工作越来越重要。作为建筑工程质量之本，材料性能是否稳定可靠直接影响着工程安全和耐久性。就建筑材料检测而言，化学分析方法以其精确性以及广泛的适用性逐渐成为其中的重点方法。目前，传统湿化学分析和现代仪器分析方法（例如光谱分析、色谱分析等）在检测中各有应用，但在精度、效率及适用范围上仍存在一定挑战。本研究系统论述了化学分析方法用于建筑材料检测的现状和完善方向，并通过对其关键技术及模拟分析结果的总结，为提高检测准确性和稳定性提供理论依据和实际指导。

1 建筑材料化学分析方法概况

建筑材料化学分析方法的核心是对其多种化学成分和含量进行测试，主要有定性分析与定量分析两大类型，前者是鉴别材料的组成，后者是确定材料的配比。通过化学反应或物理现象（如吸收、反射）获得数据。这些方法被广泛地用于评价建筑材料的强度、耐久性、抗腐蚀性及其他特性，并为材料设计及施工质量控制提供科学依据。

2 常用化学分析技术方法

2.1 湿化学分析法

滴定法：用于测定水泥中游离氧化钙（f-CaO）含量，判断安定性；

重量法：通过沉淀、过滤、干燥等步骤，测定硫酸盐或二氧化硅含量。

2.2 仪器分析法

原子吸收光谱（AAS）：高灵敏度检测钢材中微量元素（如Mn、 Cr^⋅ ）

X 射线衍射（XRD）：分析混凝土水化产物相组成（如C₃S、C₂S）；扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）：微观观察混凝土孔隙结构与元素分布。

2.3 热分析法

差示扫描量热法（DSC）：研究聚合物改性剂的热稳定性与相变行为；热重分析（TGA）：测定有机添加剂（如木质素磺酸钙）的分解温度与残留量。

3 化学分析在建筑材料检测中的核心应用领域

3.1 原材料质量与成分检测

水泥与胶凝材料

关键成分分析：测定氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO₂）、三氧化二铝（ .Al₂O₃ ）、三氧化二铁（Fe₂O₃）等主要氧化物含量，验证是否符合国家标准（如GB175-2007《通用硅酸盐水泥》）。

有害物质检测：检测游离氧化钙（f-CaO）含量，避免因体积膨胀导致水泥安定性不良；分析氯离子（Cl⁻）、碱金属（ ΔNa₂O 、 K₂O ）含量，预防碱骨料反应。

混凝土骨料

活性成分检测：通过 X 射线荧光光谱（XRF）或化学滴定法测定骨料中活性二氧化硅（SiO₂）含量，评估碱骨料反应风险。

杂质与污染检测：检测硫酸盐（ SO₄²- ）、硫化物（S²⁻）、有机物等有害物质含量，确保骨料对混凝土性能无负面影响。

钢材与金属材料

元素含量分析：利用原子吸收光谱（AAS）或电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定碳（C）、硫（S）、磷（P）、锰（Mn）、硅（Si）等元素含量，判断材料强度、韧性及焊接性能。

表面涂层与防腐检测：通过扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）检测镀锌层、防腐涂层厚度及元素分布，评估防腐效果。

3.2 混凝土耐久性与长期性能评估

氯离子渗透与钢筋腐蚀

氯离子浓度测定：采用离子色谱法或电位滴定法检测混凝土中氯离子含量，评估钢筋锈蚀风险。

碳化深度检测：利用酚酞试剂显色反应测定混凝土表面pH 值变化，判断钢筋保护层是否失效。

硫酸盐侵蚀与碱骨料反应

硫酸盐含量分析：通过化学滴定法或离子色谱法测定混凝土孔隙溶液中硫酸根离子（ SO₄²- ）浓度，评估硫酸盐侵蚀程度。

碱骨料反应产物检测：利用 X 射线衍射（XRD）或 SEM-EDS 分析混凝土中膨胀性产物（如钙矾石、硅碱凝胶）的生成情况。

冻融循环与抗渗性

孔隙结构分析：通过压汞法（MIP）或氮吸附法测定混凝土孔隙率与孔径分布，评估抗冻性能。

渗透系数测定：采用稳态法或瞬态法检测混凝土抗渗性，指导防水设计与施工。

3.3 建筑添加剂与改性材料检测

减水剂与外加剂

成分与纯度分析：通过高效液相色谱（HPLC）或红外光谱（FTIR）分析聚羧酸类减水剂、引气剂等外加剂的分子结构与纯度，优化混凝土配合比。

性能验证：检测外加剂对混凝土凝结时间、坍落度、强度发展的影响，确保符合设计要求。

纤维增强与复合材料

纤维含量与分布：通过热重分析（TGA）或燃烧法测定钢纤维、聚丙烯纤维等增强材料的含量，结合SEM 观察纤维在基体中的分散性。

界面结合强度：利用拉拔试验或微观力学测试评估纤维与基体的界面结合性能，优化复合材料设计。

3.4 环保与再生材料检测

建筑废弃物再生利用

有害物质检测：通过XRF 或ICP-OES 检测再生骨料中铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）等重金属含量，确保符合环保标准（如 GB/T25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》）。

活性检测：结合化学滴定法与岩相分析，评估再生骨料的碱骨料反应活性，指导安全应用。

绿色建材与低碳材料

碳化与固化检测：利用热重分析（TGA）或差示扫描量热法（DSC）研究地聚合物、生物基材料等低碳建材的固化程度与热稳定性。

VOCs 与甲醛释放：通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测室内装修材料中挥发性有机物（VOCs）与甲醛释放量，保障室内空气质量。

3.5 现场快速检测与应急评估便携式检测设备

XRF 分析仪：现场快速测定混凝土、土壤中重金属（如Pb、As）含量，评估污染风险。

pH 试纸与电导率仪：快速检测混凝土孔隙溶液pH 值与电导率，初步判断碳化或氯离子侵蚀程度。

应急修复材料检测

聚合物注浆材料：通过 FTIR 或 DSC 分析注浆材料的固化时间与粘结强度，指导抢修工程。

防腐涂层：利用划格法或附着力测试仪检测涂层与基体的结合力，确保修复效果。

结束语

化学分析技术的持续创新与应用深化，将助力建筑材料行业向高性能、环保化、智能化方向转型升级，为基础设施安全、可持续发展及人类福祉提供坚实的技术保障。唯有通过科学检测与技术创新，方能筑牢建筑质量的根基，守护每一项工程的百年大计。

参考文献：

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[2]林方宁.化学分析在建筑材料检测中的应用[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2023.