コンクリート添加物における塩化物イオン含有量をイオン染色法で決定する

鉄筋コンクリート構造物の耐久性に影響を与える主な要因は、鋼材の腐食です。コンクリート中の塩化物イオンの存在は、鋼材腐食の主な原因の一つであり、塩化物イオン浸食は、そのような腐食の最も重要な引き金となります。コンクリートは主にセメント、骨材、混和水、コンクリート混和剤で構成されています。コンクリート混和剤に含まれる塩化物イオンは、コンクリート中の塩化物イオンの主要な供給源となります。したがって、コンクリート混和剤中の塩化物イオンを検出することは非常に重要です。

本研究では、NovaChrom HS-5A-P2陰イオン交換カラムを搭載したWayealイオンクロマトグラフを用いて、他の干渉イオンから目的イオンを分離しました。コンクリート混和剤中の塩化物イオンに対する高感度、高精度、迅速、かつ正確な分析方法を確立しました。

キーワード: イオンクロマトグラフィー、コンクリート混和剤、塩化物イオン。

1. 実験方法

1.1 装置構成

表1 イオンクロマトグラフィーシステムの構成リスト

1.2 実験材料と補助装置

標準塩化物イオン水溶液：1000mg/L

硝酸：GR

サンプル：コンクリート処理剤

水性シリンジフィルター（0.22μm）

精度0.0001gの分析天秤

実験用水は、Wayeal超純水精製システムで調製し、導電率は18.25 MΩ・cm（25℃）でした。

1.3 試験条件

表2 イオンクロマトグラフィー条件

1.4 サンプル前処理

混和剤サンプルを正確に0.5g量り、0.1mg単位で正確に量ります。50mLの遠心分離管に入れ、25mLの水と5滴の硝酸を加えてサンプルを溶解します。サンプルが水溶性の場合は、さらに25mLの水を加えます。ボルテックスで十分に混合し、静置します。サンプルを前処理RPカートリッジと0.22μm使い捨てシリンジフィルターに通してから、イオンクロマトグラフに導入して分析します。同じ分析条件を維持し、ブランクテストを実施します。

2. 結果と考察

2.1 直線性試験

1mg/L、2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/Lの濃度の塩化物イオン標準溶液を順次ピペットで採取しました。1.3節に規定された分析条件に従い、標準曲線に対する重なりクロマトグラムを図1に示します。線形方程式は表3に示されています。これらのクロマトグラフィー条件下では、塩化物イオン検量線は0.999を超える相関係数（R）を示し、優れた直線性を示しました。

図1 標準曲線の重なりクロマトグラム

図2 塩化物イオン標準曲線

表3 標準曲線線形方程式

2.2 検出限界

「GB/T 8077-2023コンクリート混和剤の均一性の試験方法」によると、イオンクロマトグラフィーによる塩化物イオンの検出限界は0.01mg/Lです。この方法では、0.01mg/Lの塩化物イオンの信号対雑音比は3を大幅に上回り、国家規格の感度要件を満たしています。塩化物イオン検出限界の信号対雑音比を表4に示し、対応するクロマトグラムを図3に示します。

表4 塩化物イオン検出限界信号対雑音比

図3 塩化物イオン検出限界のクロマトグラム

2.3 サンプル試験

2.3.1 サンプル含有量試験

1.3節に規定された分析条件下で、1.4節で説明した前処理済みのサンプルに対して並行試験を実施しました。結果はサンプルの良好な再現性を示しました。並行サンプルのクロマトグラムを図4および5に示し、サンプルで得られた塩化物イオン含有量を表5に示します。

図4 処理剤の並行サンプル1の塩化物イオン試験のクロマトグラム

図5 処理剤の並行サンプル2の塩化物イオン試験のクロマトグラム

表5 サンプル結果分析

注：① 試験結果はブランク値を補正済みです。② 異なる方法または異なる研究室で得られた結果の間にはばらつきがある可能性があります。

2.3.2 サンプル再現性限界

国家規格の要件に従い、サンプル試験の再現性限界は以下の表6の仕様に準拠するものとします。

表6 サンプル再現性限界要件

2.3.1節のサンプルの試験データに基づいて、処理剤の再現性限界は|0.0487% – 0.0469%| = 0.0018%と計算され、0.02%未満であり、国家規格の要件に準拠しています。

2.3.3 サンプル再現性試験

1.3節に規定された作業試験条件下で、1.4節で説明した前処理済みのサンプルに対して再現性試験を実施しました。複数回の注入で得られた重なりクロマトグラムを図6および7に示します。試験結果を表7に示し、再現性試験における塩化物イオンのピーク面積の相対標準偏差（RSD）は0.238%から0.243%の範囲であり、保持時間のRSDは0.015%から0.028%の範囲であることを示しています。結果は信頼性が高く、良好な再現性を示しています。

図6 処理剤並行サンプル1の塩化物イオンの重なりクロマトグラム（6回の注入）

図7 処理剤並行サンプル2の塩化物イオンの重なりクロマトグラム（6回の注入）

表7 サンプル再現性結果

3. 結論

本実験では、今後の規格GB/T 8076-2025「コンクリート混和剤」に規定されているイオンクロマトグラフィー法を参照しました。実験結果は、サンプル溶液の6回の連続注入において、保持時間RSDが0.015%から0.028%の範囲であり、ピーク面積RSDが0.238%から0.243%の範囲であることを示しています。この方法は、良好な注入検出限界と優れた直線性を示し、相関係数R²は0.99911でした。上記のデータはすべて、国家規格方法の機器性能の要件を満たしています。導電率検出器を搭載したWaayealイオンクロマトグラフを使用して、コンクリート混和剤中の塩化物イオン含有量を測定するためのイオンクロマトグラフィー法を確立しました。サンプル前処理後、イオンクロマトグラフィーカラムで分離を行い、外部標準法を用いて定量を行いました。このアプローチにより、コンクリート混和剤中の塩化物イオンの定性分析と定量分析の両方が可能になります。この方法は簡単で、良好な再現性を示し、感度、平行性、再現性限界の必要な基準を満たしています。コンクリート混和剤中の塩化物イオン含有量の測定に採用できます。新たにリリースされたGB/T 8076-2025「コンクリート混和剤」に規定されている塩化物イオン測定のためのイオンクロマトグラフィー法のバリデーションは、無事に完了しました。