Mariusz Chmielewski

Gr.4

BADANIE PRZEBIEGU KOROZJI KWASOWEJ BETONU CEMENTOWEGO

Data wykonania ćwiczenia: 21.11.2005r.

Cel ćwiczenia:

Celem zadania praktycznego jest badanie przebiegu korozji kwasowej betonu. Należy porównać skutki oddziaływania na beton różnych kwasów oraz ocenić wpływ stężenia kwasu na intensywność korozji. Celem jest także dokonanie obserwacji przebiegu korozji węglanowej. Należy zanotować dokonane obserwacje i podać reakcje tłumaczące zachodzące zjawisko.

Teoria:

Korozja materiału budowlanego to samorzutne procesy destrukcyjne zachodzące w materiale, prowadzące do pogorszenia jego cech użytkowych, a w krańcowych przypadkach do całkowitego zniszczenia. Przyczyną korozji może być oddziaływanie środowiska zewnętrznego lub procesy zachodzące wewnątrz materiału. Najczęściej występuje kilka czynników korozyjnych. Zdolność materiału budowlanego do przeciwstawiania się oddziaływaniu agresywnego środowiska nazywamy odpornością korozyjną.

Ponieważ korozja jest rozumiana jako ogół procesów niszczących mikrostrukturę danego materiału, prowadzących do jego rozpadu, a wywołanych wpływem środowiska, w którym dany materiał się znajduje, zajmiemy się korozją kwasową i węglanową (są one tematem zadania praktycznego).

Korozja wywołana wodami o cechach agresywności kwasowej, polega na rozpuszczeniu Ca(OH)₂ ze stwardniałego zaczynu cementowego w betonie, a następnie na rozkładzie uwodnionych krzemianów i glinianów wapnia.

Korozja pod działaniem wód kwaśnych polega na obniżeniu zasadowości, która odbywa się na drodze reakcji chemicznych Ca(OH)₂ z kwasami, które są szczególnie niebezpieczne dla betonu. Zarówno mocne (HCl, H₂SO₄, HNO₃), jaki i słabe (H2S) kwasy mineralne oraz organiczne (np. humusowe) reagują z wodorotlenkiem wapniowym wg równania:
, a także z glinianami i krzemianami zawartymi w zaczynie cementowym, co przedstawiają poniższe równania:

Powstają w ten sposób związki łatwo rozpuszczane (np.CaCl₂, Ca(NO₃)₂, Ca(HCO₃)₂, AlCl₃, Al(NO₃)₃). Są one następnie rozpuszczane i wymywane z betonu. Proces ten przyczynia się do zwiększenia porowatości betonu i obniżenia jego wytrzymałości, a tym samym do przyspieszenia procesów korozyjnych.

W wyniku karbonatyzacji betonu, powstający węglan wapniowy (lub stanowiący składnik kruszyw węglanowych) także reaguje z kwasami:

Wolny dwutlenek węgla zawarty w wodzie powoduje korozję węglanową. Działanie agresywnego CO₂ przebiega dwuetapowo i polega na tym, że początkowo powstaje węglan wapniowy:

,

który następnie przechodzi w łatworozpuszczalny wodorowęglan w reakcji:

Korozja węglanowa może być zaliczana do korozji kwasowej, ponieważ dwutlenek węgla jest bezwodnikiem kwasowym. W związku z tym czasem można spotkać się z określeniem korozji kwasowęglowej.

Przebieg czynności:

Sześć próbek betonu cementowego, przechowywanych w wodzie, dokładnie osuszyłem ligniną i zważyłem. Poszczególne próbki powkładałem do zlewek oznaczonych odpowiednio 1-6, a następnie ponalewałem kwasu solnego o stężeniu 2% do zlewki 1, 4% - zlewka 2 i 6% - zlewka 3 oraz kwasu octowego o stężeniu 2% do zlewki 4, 4% - zlewka 5 i 6% - zlewka 6. Poziom kwasu w zlewkach był ok. 1cm powyżej górnej powierzchni próbki. Zlewki przykryłem szkiełkami zegarkowymi i pozostawiłem na godzinę. W tym czasie wykonałem drugą część zadania, która polegała na:

• złożeniu odpowiedniej aparatury:

1. składającej się z dwóch kolb stożkowych o pojemności 300 cm³, połączonych ze sobą szklaną rurką, a jedna z kolb jest zaopatrzona we wkraplacz;

2. do jednej z kolb wsypałem próbkę rozdrobnionego betonu tak, aby grubość warstwy na dnie wyniosła 0,3-0,5cm oraz zalaniu wodą destylowaną do poziomu ponad 2-3cm ponad powierzchnię próbki;

3. do drugiej kolby wsypałem rozdrobniony grys wapienny, składający się głównie z węglanu wapniowego, tak aby grubość warstwy na dnie wyniosła ok. 0,5-0,7cm;

4. kolbę z betonem zatykam korkiem ze szklaną rurką, natomiast kolbę z grysem korkiem zaopatrzonym dodatkowo wkraplaczem;

• po zestawieniu aparatu wkraplacz napełniamy 2 m roztworem kwasu HCl do objętości ok.3/4 całkowitej pojemności naczynia;

• otwierając kurek wkraplacza do kolby zawierającej grys wapienny wprowadza się kroplami kwas solny;




w wyniku reakcji kwasu solnego z węglanem wapniowym wydziela się gazowy dwutlenek węgla, który przez szklaną rurkę dostaje się do kolby z próbką betonu, gdzie zaczyna się proces korozji węglanowej;

• zanotowałem dokonane obserwacje.

Następnie dokończyłem część pierwszą ćwiczenia. Po upływie godziny od czasu zalania próbki wyjąłem, opłukałem wodą, dokładnie osuszyłem ligniną i ponownie zważyłem. Obliczyłem ubytek masy: wagowy i procentowy.




Wyniki:

kwas	stężenie	masa		ubytek masy
				począt.	po 60min.	wagowy	procentowy
	solny	2%	90,52	89,82	0,70	0,77%
		4%	89,84	88,95	0,89	0,99%
		6%	93,84	92,65	1,19	1,27%
	octowy	2%	69,52	69,38	0,14	0,20%
		4%	121,32	121,03	0,29	0,24%
		6%	97,23	96,86	0,37	0,38%

Wnioski:

Największy ubytek masy jest dla tych próbek, które były moczone w kwasie solnym. W związku z tym wpływ działania kwasu solnego na beton jest znacznie większy niż kwasu octowego. Widać w obydwu przypadkach, że im większe stężenie kwasu, tym większa intensywność korozji.

W drugiej części zadania praktycznego zaobserwowałem zmętnienie roztworu, a następnie roztwór ponownie stał się klarowny.




W wyniku powyższej reakcji za pomocą szklanej rurki do kolby z betonem w wodzie wędrował dwutlenek węgla, który spowodował zmętnienie wody, ponieważ zaszła następująca reakcja:




Wytworzony węglan wapnia dalej przereagował do wodorowęglanu:


,

który jest łatworozpuszczalny i dlatego po pewnym czasie ciecz stała się klarowna.

Literatura:

• „Ćwiczenia laboratoryjne z chemii budowlanej” - praca zbiorowa pod redakcją Lecha Czarneckiego

• Internet

---