Wydział Budownictwa i Architektury

Katedra Inżynierii Sanitarnej

Zespół Inżynierii Sanitarnej i Systemów Ochrony Środowiska

Kierunek studiów:
Rok akademicki:				Rok studiów semestr				Podgrupa laboratoryjna
Nazwa przedmiotu:
Tytuł ćwiczenia:
Data wykonania:			Godzina rozpoczęcia zajęć				Obowiązujący termin oddania sprawozdania (data wykonania + 10 dni kalendarzowych)
Skład zespołu z podpisami osób wykonujących ćwiczenie:		Sprawozdanie opracowane przez:							Podpis
				Członkowie zespołu:							Oświadczam, że znana jest mi treść sprawozdania

lista sprawdzająca

Nr.		TAK/NIE^*
	Sprawozdanie zostało wydrukowane z ponumerowanymi stronami.
	Po wydrukowaniu sprawozdanie zostało przeczytane.
	Do sprawozdania dołączono jego poprzednią wersję z zaznaczonymi, przez prowadzącego, błędami.
	Wszystkie zawarte w sprawozdaniu informacje dotyczą tego ćwiczenia, które wymienianie jest na stronie tytułowej.
	Zamieszczono wykaz źródeł i materiałów, które stanowiły źródło treści zamieszczonych w sprawozdaniu
	Fragmenty cytowane - w tym z innych sprawozdań - zostały zaznaczone z podaniem źródła i autora oryginalnej treści
	W powielanych fragmentach sprawozdania poprawione zostały, zaznaczane wcześniej przez prowadzącego, błędy.
	Strona tytułowa zawiera komplet informacji.
	Na stronie tytułowej znajduje się lista i podpisy osób wykonujących to ćwiczenie
	Znana jest mi treść instrukcji dotyczącej tego ćwiczenia i określony w niej zakres opracowania wyników i wniosków.
	Sprawozdanie zawiera krótki wstęp z podstawowymi informacjami dotyczącymi badanego procesu i syntetyczny opis wykonania ćwiczenia.
	W sprawozdaniu podano wyniki własnych pomiarów i sprawdzono ich zgodność z notatkami z zajęć.
	W sprawozdaniu umieszczono wszystkie dane i wielkości pomierzone.
	Zakres wykonanych przeliczeń jest zgodny z instrukcją
	Sprawozdanie zawiera, czytelnie zebrane, wyniki wszystkich wymaganych przeliczeń (zgodnie z instrukcją)
	Sprawozdanie zawiera wszystkie wymagane wykresy (zgodnie z instrukcją)
	Zakres wniosków jest zgodny z wymaganiami podanymi w instrukcji

^*wpisać odpowiednio TAK lub NIE

Jeśli, w którejś z rubryk wpisano „NIE” niżej należy podać wyjaśnienie:

Nr	Wyjaśnienie

Podpis(y) przygotowujących sprawozdanie.......................................................................

WSTĘP TEORETYCZNY

Celem naszego doświadczenia było sprawdzenie podatności na korozję kwasową różnych rodzajów betonu oraz ocena efektywności tej korozji. Betonem pierwszym, który został poddany doświadczeniu był CEM I 42,5, drugim natomiast był CEM I 42,5 R. Podczas wykonywania ćwiczenia opieraliśmy się na instrukcji zamieszczonej w pliku „Materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii budowlanej”.

Otrzymaliśmy po 4 próbki każdego rodzaju betonu, po dwie z tych próbek zostały użyte w testach korozji, natomiast dwie pozostałe z każdego rodzaju , osuszone i zważone umieściliśmy w 4 zlewkach, z których dwie zawierały 150ml HCl o stężeniu 2% i dwie następne 150ml HCl o stężeniu 4%.Od tej chwili co 20 minut aż do 80 minut pobieraliśmy próbki (ok 4ml każda) HCl z każdej zlewki, które miareczkowaliśmy roztworem NaOH.

W celu identyfikacji alkalicznych składników betonu na wyjęte z wody po jednej próbce każdego rodzaju betonu nanieśliśmy kilka kropel fenoloftaleiny sprawdzając odczyn powierzchni przełamu próbek wiedząc, że na powierzchniach alkalicznych wystąpi różowe zabarwienie.

Po zakończeniu testów korozji badane próbki delikatnie przepłukaliśmy, osuszyliśmy i ponownie zważyliśmy. Efekty korozji zostały ocenione opisowo.

Skład betonów (rodzaje i ilości składników mieszanek betonowych)

Składniki	Beton nr 1	Beton nr 3
Cement	CEM I 42,5 450kg	CEM I 42,5 R
Kruszywo	Piasek lekki 320kg pollytag 0/7 Kruszywo lekkie Pollytag 6/8 540kg	Piasek rzeczny płukany Żwir z kopalni Bielinek 2/16mm
Domieszki chemiczne	-	UW BASF Superplastyfikator FM633 BASF
Dodatki mineralne	Popiół lotny 72kg Pył krzemionkowy 38kg	-
Woda	133 l	Brak inf

Rodzaj i opis składu cementu na podstawie jego symbolicznego oznaczenia, oraz określenie potencjalnej podatności na korozję kruszywa (na podstawie jego rodzaju i składu oraz obserwacji odczynu przełamu próbek)

	Beton nr 1	Beton nr 3
Cement (rodzaj i skład podany opisowo)	Cement portlandzki o wytrzymałości na ściskanie równej 42,5	Cement portlandzki o wytrzymałości na ściskanie 42,5 o wysokiej wytrzymałości wczesnej
Kruszywo (rodzaj, skład, potencjalna podatność na korozję)	Kruszywo naturalne - piasek lekki, Kruszywo sztuczne - pollytag 0/4mm Kruszywo lekkie o gęstości objętościowej mniejszej niż 2000kg/m3 Kruszywo sztuczne - pollytag 6/8 -potencjalnie niska podatność na korozję	Kruszywo naturalne - piasek rzeczny płukany, Kruszywo naturalne - żwir z kopalni Bielinek 2/16mm -potencjalnie duża podatność na korozję

Opis wyglądu próbek betonu przed i po testach korozji

	Beton nr 1	Beton nr 3
Przed	Ciemnoszara barwa, Płaskie powierzchnie (próbka kanciasta)	Szarometaliczny kolor charakterystyczny dla cementu. Wytrzymałość mechaniczna próbki duża.
Po	Powierzchnia próbki zauważalnie chropowata (wystające kruszywo). Barwa dużo ciemniejsza.	Kolor szarometaliczny zniknął, cement skorodował, widoczny kolor charakterystyczny dla spoiwa(piasku). Wytrzymałość mechaniczna wyraźnie mniejsza.

Opis dotyczący odczynu powierzchni przełamu próbek betonu (spoiwo i kruszywo­)

Beton nr 1	Beton nr 3
Brak zabarwienia zarówno spoiwa jak i kruszywa.	Ani kruszywo, ani spoiwo nie zabarwiło się, zauważone jedynie malutki obszar gdzie spoiwo uległo lekkiej koloryzacji.

Obliczenia

Wykorzystywany w doświadczeniu HCl ma około 4% i 2% stężenie w celu określenia dokładnej zawartości kwasu w roztworze miareczkujemy roztwór mianowanym roztworem NaOH o stężeniu 0,1mol/dm³

Bierzemy wartość średnią z 4 miareczkowań dla roztworu kwasu o stężeniu 4%:

Śr=9,85ml

Następnie:

0,1mola -1000ml

X - 9,85 ml

X=0,000985mola

HCl + NaOH→ NaCl +H₂O

1 - 1 1 1

Z - 0,000985

Z= 0,000985 mola

36,5g - 1mol

Y - 0,000985 mola

Y=0,0359525g Jest to szukana przez nas masa HCl w 1ml 4% roztworu kwasu.

Ilość HCl w 150 ml kwasu obliczamy z proporcji:

1ml - 0,0359525

150ml- A

A=5,392875g

Dokładne stężenie HCl wyliczamy z proporcji:

150ml-5,392875

100ml- x

X=3,59525g

A, więc Cp=3,59525%

Kolejnym etapem obliczeń jest określenie ubytku masy HCl w roztworze po 20 minutach działania kwasu:

0,1mola -1000ml

X - 8,35 ml

X=0,000835mola

HCl + NaOH→ NaCl +H₂O

1 - 1 1 1

Z - 0,000835

36,5g - 1mol

Y - 0,000835 mola

Y=0,0304775g

1ml - 0,0304775g

150ml- A

A= 4,571625g

Dokładne stężenie HCl wyliczamy z proporcji:

150ml-4,571625g

100ml- x

X=3,04775g

A, więc Cp=3,04775%

W celu obliczenia ubytku masy HCl w roztworze odejmujemy od pierwotnej masy HCl zawartej w roztworze masę HCl który w roztworze pozostał po 20 minutach.

∆m_HCl=5,392875g -4,571625g =0,82125

Ostatnim etapem obliczeń będzie określenie ilości wybranych składników betonu, które mogły przereagować z ilością kwasu solnego zużytego podczas 80 minut trwania testu.

Ilość zużytego kwasu solnego obliczamy sumując poszczególne ubytki masy HCl po poszczególnych czasach.

∆m_{HClcałkowite} = 0,82125g + 0,3285g + 0,16425g + 0.082125 = 1,396125g

Dla wodorotlenku wapniowego (CH):

Ca(OH)₂ + 2HCl →CaCl₂ + 2H₂O

74g - 73g

N - 1,396125g

N= 1,41525g ilość zużytego Ca(OH)₂

Dla krzemianu trójwapniowego (C3S):

3CaO∙SiO₂ + 6HCl → 3CaCl₂ + H₂SiO₃ + 2H₂O

228g - 219g

K - 1,396125g

K= 1,4535g ilość zużytego 3CaO∙SiO_2.

Dla glinianu trójwapniowego C3A:

3CaO∙Al₂O₃ + 12HCl→ 3CaCl₂ + 2AlCl₃ + 6H₂O

270g - 438g

J - 1,396125g

J = 0,860625g

Pozostałe obliczenia po 40, 60, oraz 80 minutach wykonane zostatały analogicznie. Według podanego wzoru zostały wykonane także obliczenia dla 2% HCl. Wyniki zostały umieszczone w tabeli poniżej.

Testy korozji

			Zlewka nr
						1		2		3		4
Orientacyjne stężenie r-ru HCl [%}			4%		4%		2%		2%
Rodzaj betonu			3		1		3		1
Masa próbki betonu[g]		Przed	15,3585		33,3710		16,3211		33,1693
				Po	13,5124		32,6200		15,4681		32,4422
Objętość r-ru kwasu w zlewkach [ml]			150		150		150		150
Stężenie roztworu NaOH użytego do oznaczeń stężenia kwasu [mol/dm^3]			0,1
			1	2	1	2	1	2	1	2
Objętość miareczkowanych próbek kwasu VHCL [ml] pobieranych przed i w czasie testów korozji oraz objętości NaOH VNaOH [ml] zużyte podczas ich miareczkowania	0	VHCL	1	1	1	1	1	1	1	1
				VNaOH	9,8	9,9	9,8	9,9	4,8	4,9	4,8	4,9
			20	VHCL	1	1	1	1	1	1	1	1
				VNaOH	8,4	8,3	8,9	8,9	4,1	4,2	4,2	4,2
			40	VHCL	1	1	1	1	1	1	1	1
				VNaOH	7,7	7,8	8,4	8,4	3,8	3,9	4	4
			60	VHCL	1	1	1	1	1	1	1	1
				VNaOH	7,4	7,5	8,4	8,4	3,7	3,7	3,8	3,8
			80	VHCL	1	1	1	1	1	1	1	1
				VNaOH	7,3	7,3	8,2	8,3	3,5	3,6	3,4	3,5

			Zlewka nr
						1	2	3	4
Obliczone stężenie użytych roztworów HCl [%]
Średnie objętości [ml] zużytego podczas miareczkowania roztworu NaOH(użytego do obliczenia stężenia kwasu) Obliczone stężenie roztworu kwasu CHCl [g dm^3/] po określonym czasie prowadzenia testu Obliczone ilości kwasu solnego mHCl [g] zużyte po określonym czasie prowadzenia testu korozji.	0	VśrNaOH	9,8	9,9	4,8	4,9
				CHCl	3,59525	3,59525	1,77025	1,77025
				mHCl	5,392875g	5,392875g	2,655375	2,655375
			20 min	VśrNaOH	8,35	8,9	4,15	4,2
				CHCl	3,04775	3,2485	1,51475	1,533
				mHCl	4,571625g	4,87275	2,272125	2,2995
				∆mHCl	0,82125	0,520125	0,38325	0,355875
			40 min	VśrNaOH	7,75	8,4	3,85	4
				CHCl	2,82875	3,066	1,40525	14,6
				mHCl	4,243125	4,599	2,107875	2,19
				∆mHCl	1,14975	0,793875	0,5475	0.465375
			60 min	VśrNaOH	7,45	8,4	8,7	3,8
				CHCl	2,71925	3,066	1,3505	1,387
				mHCl	4,078875	4,599	2,02575	2,0805
				∆mHCl	1,314	0,793875	0,629625	0,574875
			80 min	VśrNaOH	7,3	8,25	3,55	3,45
				CHCl	2,6645	3,01125	1,29575	1,25925
				mHCl	3,99675	4,516875	1,943625	1,888875
				∆mHCl	1,396125	0,876	0,71175	07665
Obliczone objętości[g] wybranych składników betonu, które mogły przereagować z obliczoną ilością kwasu zużytego w całym czasie trwania testu korozji		CH	1,41525	0.888	0.7215	0,777
				C3S	1,4535	0.912	0,741	0.798
				C3A	0,860625	0.54	0.43875	0.4725
		Ubytek masy próbek betonu		[g]	1,8461	0,751	0,853	0,7271
				[%]	12,02	2,25	5,23	2,2

Wykresy zależności ilości zużytego kwasu od czasu trwania testu korozji

Wnioski:

Próbka betonu oznaczona cyfrą 1 składała się z cementu portlandzkiego, pyłu krzemionkowego stanowiącego spoiwo, popiołu lotnego oraz z kruszywa pollytag. Na podstawie badania sprawdzającego odczyn przełamu próbek, zabarwione zostało spoiwo na kolor jasno malinowy, daje to nam jasny odczyt, że spoiwo zawarte w tej mieszance jest bardziej podatne na korozję kwasową niż inne składniki betonu takie jak kruszywo.

Przed wykonaniem testu próbka betonu nr 1 posiadała jasną barwę oraz płaską powierzchnię, po upływie 80 minutach od rozpoczęcia testu na korozję odcień próbki stał się dużo ciemniejszy, płaskie powierzchnie stały się chropowate a na powierzchni próbko zostało uwydatnione wystające kruszywo, z czego można wysnuć wnioski iż spoiwo jest bardziej podatne na korozję aniżeli kruszywo zawarte w tej próbce.

Badana próbka beton nr 3 składa się głownie z cementu portlandzkiego, piasku rzecznego, żwiru oraz domieszek upłynniających, do betonowania pod wodą, które stanowią spoiwo. W tym przypadku również otrzymaliśmy podobny wynik odczynu przełamu próbek. Spoiwo w naszym betonie po wpływem działania fenoloftaleiny wykazało większą podatność na korozję barwiąc się na jasno malinowo, natomiast po polaniu kruszywa nie zauważyliśmy zmiany barwy. Dlatego na podstawie obserwacji próbek przed jak i po badaniu, otrzymujemy wynik jak w przypadku próbki nr 1 mówiący nam o tym, że spoiwo jest bardziej podatne na działanie korozji kwasowej niż kruszywo. Przed rozpoczęciem opisaliśmy kolor próbki jako szaro-metaliczny, natomiast po wykonanych testach kolor szaro-metaliczny znikł, i można było zaobserwować kolor charakterystyczny dla spoiwa

Na podstawie otrzymanych wykresów zależności zużytej ilości kwasu do czasu trwania testu korozji, można dostrzec, że obie badane próbki betonu, które zostały włożone do kwasu ok. 2% i poddane jego działaniu w ciągu pierwszych 20 minut szybko reagowały w kontakcie z roztworem kwasu solnego, a następnie cały proces korozji zwolnił. Obie próbki betonu, która zostały włożone do kwasu ok. 4% i poddane jego działaniu, w ciągu całego czasu trwania testu korozji nie mogliśmy dostrzec intensywnego skoku zmian szybkości korozji natomiast dostrzegliśmy niewielkie zwolnienie szybkości tempa korozji po pierwszych 20 minutach testu.

Wyliczona objętość wybranych składników wodorotlenku wapnia, glinianów i krzemianów, które mogły przereagować z kwasem solnym na skutek reakcji w całym czasie trwania naszego badania korozji jest większa niż ubytek masy każdej próbki betonu. Uwzględniając poszczególne ilości wybranych składników to ani jeden ze składników nie przekroczył ubytku masy próbki badanego betonu. Da się stwierdzić że reakcja wodorotlenku wapnia i krzemianu

z kwasem solnym nastąpiła w podobnych ilościach, lecz ilość glinianów przereagowanych z kwasem jest prawie o połowę mniejsza od ilości przereagowanych wyżej wymienionych składników.

Wszystkie wyniki i obliczenia mogą być obarczone pewnym błędem spowodowanym niedokładnością pomiarową, niedokładnością obliczeniową oraz niedokładnością wykonanego ćwiczenia.

11

---