Michał Doboszyński, gr. II, zespół nr 14, Wydział Inżynierii Lądowej, Rok Akademicki 2008/09.

BADANIE KOROZJI KWASOWEJ BETONU CEMENTOWEGO

Data wykonania ćwiczenia: 10.10.2008r.

Cel ćwiczenia:

Celem tego doświadczenia laboratoryjnego jest badanie jednego z najpowszechniejszych mechanizmów destrukcyjnych w przyrodzie – korozji. Obiektem badanym będzie beton, a będzie on poddawany działaniu kwasu solnego oraz kwasu octowego o różnych stężeniach. Drugą częścią doświadczenia będzie badanie przebiegu korozji węglanowej.

Teoria

Przez korozje rozumie się samorzutne procesy destrukcyjne zachodzą w materiale, prowadzące do pogorszenia jego cech użytkowych, a w krańcowych przypadkach do całkowitego zniszczenia.

W procesie korozyjnym szczególnie niebezpieczne dla materiałów budowlanych (tu: betonu) bywają kwasy.

Zarówno mocne (HCl, H₂SO₄, HNO₃), jaki i słabe (H₂S) kwasy mineralne oraz organiczne reagują z wodorotlenkiem wapniowym wg równania:

Reagują także z glinianami i krzemianami zawartymi w zaczynie cementowym:

W wyniku tych reakcji powstają np. łatwo rozpuszczalne chlorki, które ulegają wyługowaniu z betonu. Proces ten powoduje spadek wytrzymałości betonu. Kwasy reagują również z węglanem wapniowym powstającym w wyniku karbonatyzacji betonu lub stanowiącym składnik kruszyw węglanowych.

Przebieg czynności:

Część I

Na stanowisku nr 13 zastałem 6 próbek betonu, zanurzonych w cieczy. Pierwszą czynnością dokonaną w zespole było wyjęcie i dokładne osuszenie próbek ligniną. Następnie próbki zostały zważone na wadze elektronicznej. Po zapisaniu pomiaru, beton został umieszczony w zlewkach 1-6, i zalany (1cm powyżej powierzchni próbki) odpowiednio: kwasem solnym o stężeniu 2% w zlewce 1, 4% - zlewka 2 i 6% - zlewka 3 oraz kwasem octowym o stężeniu 2% w zlewce 4, 4% - zlewka 5 i 6% - zlewka 6. Godzina rozpoczęcia badania – 8:52.

Część II

Druga część zadania polegała na badaniu przebiegu korozji węglanowej, i badanie to wymagało złożenia odpowiedniej aparatury. Na potrzeby obserwacji powstała konstrukcja składająca się z: kolby stożkowej (nr 1) o pojemności 300 cm³, połączonej z druga identyczną kolbą (nr 2) za pomocą rurki. W kolbie nr 1 znajduje się również wkraplacz.

Kolejną fazą było wypełnienie naczyń jak następuje: kolba nr 1 wypełniona została grysem wapiennym, ok. 0,5-0,7cm od dna, kolba nr 2 wypełniona została rozdrobnionym betonem (0,3-0,5cm od dna) oraz zalana wodą destylowaną ok. 0.7cm od dna, wkraplacz został zaopatrzony w 2-molowy roztwór kwasu solnego, ok. ¾ objętości. O godzinie 9:25 otwarty został kurek wkraplacza (znajdujący się nad grysem), a tym samym rozpoczęła się obserwacja.

Obserwacje:

Część I – 6 próbek betonu:

W zlewkach 1, 2, 3 z kwasem solnym obserwuje się wymywanie substancji łatwo rozpuszczalnych z próbek cementu. Intensywność tego procesu rośnie wraz ze stężeniem kwasu, i tak najgwałtowniejsza reakcja występuje w zlewce nr 3, z 6% roztworem kwasu solnego. Można również zaobserwować wytwarzanie się poniewielkiej ilości pęcherzyków gazu.

W zlewkach 4, 5, 6 z kwasem octowym obserwuje się intensywne wytwarzanie pęcherzyków gazu, a intensywność tego procesu rośnie wraz ze stężeniem kwasu. Ponadto, w zlewce nr 6 (6% kwas octowy) można zaobserwować wytwarzanie się osadu.

Na dokładnie minutę przed wyjęciem cementu ze zlewek, można odnotować zmianę barwy roztworu w zlewce nr 2 i nr 3 (odpowiednio lekka zieleń, silniejsza zieleń), oraz w zlewkach nr 5 i nr 6 (odpowiednio lekka pomarańcz, silniejsza pomarańcz). Fakt ten zostaje uwieczniony na zdjęciu.

Dokonany zostaje (po osuszeniu ligniną) pomiar masy wyjętych próbek, należy go skonfrontować z danymi z przed rozpoczęcia obserwacji:

kwas	stężenie	Masa (g)	ubytek masy
		począt.	po 60min.
solny	2%	209,4	207,3
	4%	178,9	176,9
	6%	173,1	170,9
octowy	2%	191,6	191,3
	4%	183,8	183,5
	6%	179,2	178,6

Część II – Reakcja z grysem wapiennym:

Podczas powolnego dodawania kropli kwasu solnego HCl (2mole/dm³) zachodzi gwałtowna reakcja z grysem wapiennym. W kolbie nr 1 obserwuje się wytwarzanie się piany, grys zmienia też swój stan skupienia, konsystencją przypomina mleko. W kolbie nr 2 obserwujemy wytwarzanie się pęcherzyków gazu.

Obserwacja kończy się o godzinie 10:20. Przez ten czas odnotowano lekkie zmętnienie w kolbie nr 2, jednak na koniec doświadczenia zawartość była już klarowna.

Wnioski

Część I

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..

Część II

W czasie korozji węglanowej, na początku w wyniku reakcji powstawania węglanu wapnia roztwór mętnieje. Jednak gdy węglan wapnia przechodzi w łatwo rozpuszczalny wodorowęglan - roztwór ponownie staje się klarowny, taki przebieg jest charakterystyczny dla korozji węglanowej

,

Literatura:

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

• „Chemia w budownictwie” – Lech Czarnecki, Tadeusz Broniewski, Otto Henning

• Internet