NIPGA方法测定水泥中氯离子含量的可行性研究

贾福全

（吉林建筑工程学院基础科学部，吉林长春 130118）

水泥中氯离子的来源主要是原料、燃料、混合材料和外加剂[1]。氯离子在水泥生产中可以作为熟料煅烧的矿化剂，能够降低烧成温度，有利于节能高产；同时它也是有效的水泥早强剂，使水泥3天强度提高50%以上，而且可以降低混凝土中水的冰点温度，防止混凝土早期受冻。但氯离子也是混凝土中钢筋锈蚀的重要因素，导致混凝土结构表面开裂、脱落。所以，各国对水泥中的氯离子含量都作出了相应规定。在我国水泥新标准中增加了“水泥生产中允许加入≤0.5%的助磨剂和水泥中的氯离子含量必须≤0.06%”的要求。

关于氯离子的测定方法很多，GB／T176-2008《水泥化学分析方法》标准中给出了两种氯离子测定方法，即硫氰酸铵容量法(基准法)和蒸馏分离-硝酸汞配位滴定法(代用法)。但这些化学分析方法采样代表性差，且人为误差较大。而NIPGA（中子感生瞬发伽马射线分析）方法是利用热中子俘获反应来来测量水泥中的氯离子含量，是大体积测量，测量精度高、速度快。本文以MCNP模拟计算为主，研究用NIPGA方法进行快速检测水泥中氯离子含量的可行性。

1 NIPGA方法检测氯离子含量的原理

中子与氯的原子核作用时，会发生热中子俘获反应，释放出瞬发伽马射线。氯的热中子俘获反应的方程式为：

在定量计算中，单位体积样品中氯含量（G）与其特征峰净面积（ACl）间有以下关系[2-4]：

(2)式中的p，q为待测常数。可以测量出几组标准样品中氯的ACl和G(G是计量科学院的化验值)），通过线性回归求出p，q的值，再把p，q代入（2）式，就可以利用（2）式测量并计算未知样品中的氯含量。

2 实验装置

实验装置主要由D-D中子发生器、中子发生器控制台、BGO探测器、BGO探测器恒温控制器、2048道MCA、主放大器、水泥样品箱和中子防护体等几部分构成。中子源选用的是东北师范大学辐射技术研究所生产的D-D中子发生器。多道分析器采用中国科学院上海应用物理研究所生产的2048道MCA。伽马射线探测器采用中国科学院上海硅酸盐研究所生产的Φ76mm×76mmBGO探测器。为了降低BGO探测器因温度变化而引起的误差，BGO探测器的恒温控制系统，使其温度保持在-4.5℃～-5.5℃之间，有效抑制了由于BGO探测器工作环境的温度变化而引起的峰位飘移。中子防护体是一个用7mm厚聚乙烯板焊接成的80cm×80cm×120cm长方体水箱。实验装置的结构原理图如图1所示。

图1 实验装置结构的原理图

3 模拟检测结果

为了模拟计算水泥中氯离子含量，假定水泥样品中氯离子含量可从0.001%到2.0%，用MCNP程序模拟的结果如表1所示。

表1 检测氯离子含量的模拟计算结果

表1中的“实际值”是指样品中氯离子的实际含量；“测量值”是指模拟计算值，“偏差”是“测量值”与“实际值”的差。

4 结论

“水泥的元素分析方法”（中华人民共和国国家标准，GB／T176-2008标准）规定：氯离子含量小于0.10%时，测量值的绝对误差不能高于0.002%；氯离子含量在0.10%～1.0%时，测量值的绝对误差不能高于0.020%。由表1中的模拟计算数据可以看出，氯离子含量测量值的绝对误差都达到了国家标准的要求。用NIPGA方法快速检测水泥中氯离子含量是可行的。

[1]陈艳丽,姜大伟,贾子涛,等.浅谈水泥中氯离子含量测定方法的操作要点[J].辽宁建材,2009(12):48-49.

[2]CHENGDao-Wen,GUDe-Shan,LIULin-mao,etal.Improvement ofthe determination ofhydrogen content in a multicomponent sample byD-Tgenerator[J].Chinese Physics C,2010,34(5):606-609.

[3]程道文,谷德山,伊杰,等.应用于脉冲快热中子分析技术中的新解谱方法[J].长春工业大学学报:自然科学版,2005,26(1):66-69.

[4]CHENGDao-Wen,LUJing-Bin,YANGDong,etal.Designingofthe 14 MeVneutron moderator for BNCT[J].Chinese Physics C,2012,36(9):905-908.