Określanie prawdopodobieństwa korozji stali zbrojeniowej

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Inżynierii Lądowej
S P R A W O Z D A N I E Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z PRZEDMIOTU: CHEMIA BUDOWLANA

Imię i Nazwisko: Kamil Łęczycki	Data wykonania ćwiczenia:	19.10.2012r.
	Nr ćwiczenia:	13.3
Rok studiów:	I	Temat ćwiczenia: Określanie prawdopodobieństwa korozji stali zbrojeniowej
Semestr:	I
Grupa:	6
Zespół:	12
Data:	Ocena:

Uwagi przeprowadzającego ćwiczenie:

Sprawozdanie z przeprowadzenia ćwiczenia 13.3

1. TEMAT ĆWICZENIA

Określanie prawdopodobieństwa korozji stali zbrojeniowej.

1. CEL ĆWICZENIA

Celem wykonywanego ćwiczenia jest porównanie stopnia odporności korozyjnej stali w roztworze A (Ca(OH)₂ + 1% NaCl), roztworze B (CaCO₃) oraz roztworze C (Ca(OH)₂ + 1% NaCl + 3% Ca(NO₂)₂).

1. PODSTAWY TEORETYCZNE ĆWICZENIA

Korozja materiału budowlanego są to samorzutne procesy destrukcyjne zachodzące w materiale, prowadzące do pogorszenia jego cech użytkowych, aż do jego całkowitego zniszczenia.

Przyczyną korozji może być wpływ czynników zewnętrznych lub procesy zachodzące w materiale lub procesy zachodzące wewnątrz materiału (korozja wewnętrzna).

W praktyce najczęściej występuje kilka czynników korozyjnych, których działanie wzmacnia proces korozji.

Przedmiotem ćwiczenia 13.3 będzie korozja metalu.

3.1. Korozja metalu

Procesy korozji metali różnią się od korozji betonu mechanizmami oraz przede wszystkim znacznie większą szybkością, nawet pod wpływem czynników atmosferycznych. Zjawiska związane z przebiegiem procesów korozyjnych są zróżnicowane.

Najczęściej stosuje się podział w zależności od:

• mechanizmu korozji;

1. korozja chemiczna

2. korozja elektrochemiczna

• typu zniszczeń korozyjnych

3.1.1Korozja chemiczna

Korozja chemiczna spowodowana jest wynikiem reakcji chemicznych zachodzących w środowisku nie wykazującym przewodnictwa jonowego (gaz lub ciecz nie będąca elektrolitem).

3.1.2 Korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna przebiega w środowisku wodnych roztworów elektrolitów. W wyniku zachodzących procesów chemicznych powstają miejsca o różnym potencjale, które tworzą ogniwo korozyjne, a na granicy metal-elektrolit występuje przepływ elektronów lub jonów. W odróżnieniu od elektrolizy, w przypadku mechanizmu elektrochemicznego korozji, anodę stanowi elektroda oddająca elektrony, a katodę elektroda przyjmująca elektrony.

Ze względu na zjawisko przewodnictwa elektronowego w metalu oraz przewodnictwa jonowego w roztworze wyróżnia się dwa niezależne od siebie procesy:

• anodowy – przechodzenie metalu (rozpuszczanie) do roztworu w postaci uwodnionych jonów, przy czym w metalu pozostaje równoważna liczba elektronów;

• katodowy – przyłączanie nadmiaru elektronów przez utleniacze (atomy, cząstki lub jony mogące ulegać redukcji na katodzie)

Sumaryczny ładunek wymieniany w procesach anodowym i katodowym musi być sobie równy. O całkowitej szybkości reakcji decyduje zwykle proces katodowy jako etap wolniejszy.

W środowisku wodnym o odczynie zasadowym i obojętnym występuje najczęściej redukcja tlenu (depolaryzacja tlenowa):

2H2O + O2 + 4e OH ^-

W środowisku kwaśnym występuje najczęściej redukcja wodoru (depolaryzacja wodorowa)

2H^+ + 2e 2H H2

Na anodzie, niezależnie od odczynu środowiska zachodzi utlenianie metalu (rozpuszczanie anodowe).

Me Me^+z + ze

Miarą tendencji metalu do przechodzenia w stan jonowy jest potencjał standardowy. Określa on różnicę potencjałów między elektrodą pierwszego rodzaju (metal zanurzony w roztworze swoich jonów), a standardową elektrodą odniesienia (elektroda wodorowa).

Reakcje elektodowe uszeregowane są według wzrastającej wartości ich potencjałów standardowych i noszą nazwę szeregu elektrochemicznego. Miejsce zajmowane przez metal w szeregu pozwala wnioskować o jego aktywności.

1. OPIS STANOWISKA

Ćwiczenie przeprowadza się na stole laboratoryjnym.

Sprzęt potrzebny do wykonania zadania:

- zlewki 250 cm3 (3 szt.),

- nasycone elektrody kalomelowe – NEK (3szt.),

- plastikowe pokrywki z dwoma otworami (3 szt.).

- multimetry (3 szt.),

Stosowane odczynniki i inne materiały:

- nasycony roztwór Ca(OH)₂ + 1% NaCl,

- nasycony roztwór CaCO₃,

- nasycony roztwór Ca(OH)₂ + 1% NaCl + 3% Ca(NO₂)₂,

- pręty ze stali zbrojeniowej,

- uniwersalne papierki wskaźnikowe,

- lignina,

- papier ścierny.

1. PRZEBIEG WYKONYWANYCH CZYNNOŚCI

1. Do pierwszej zlewki wlewamy ok. 150 ml roztworu A: Ca(OH)₂ i 1% NaCl

2. W drugiej zlewce umieszczamy ok. 150 ml roztworu B: CaCO₃

3. Do trzeciej zlewki wlewamy ok. 150 ml roztworu C: Ca(OH)₂, 1% NaCl i 3% Ca(NO₂)₂

4. Za pomocą papierka uniwersalnego sprawdzamy pH badanych roztworów i określamy je:

• Roztwór A – pH 13 – odczyn zasadowy

• Roztwór B – pH 6 – odczyn obojętny

• Roztwór C – pH 12 – odczyn zasadowy

1. Przy pomocy papieru ściernego dokładnie czyścimy 3 wybrane metalowe pręty, a w międzyczasie przykrywamy zlewki plastikowymi nakrywkami.

2. Dokładnie czyścimy 3 elektrody kalomelowe przy pomocy wody destylowanej i osuszamy ligniną.

3. Umieszczamy po 1 elektrodzie i 1 pręcie w każdej zlewce.

4. Podłączamy elektrody do multimetrów i ustawiamy zakres pomiarowy na 2000 mV.

5. Co 5 min od rozpoczęcia pomiaru odczytujemy wskazanie multimetru. Pozwoli nam to określić potencjał korozyjny metalu.

6. Wyniki badań przedstawione w tabeli:

CZAS (w min)	Roztwór A Ca(OH)2 + 1% NaCl	Roztwór B CaCO3	Roztwór C Ca(OH)2 + 1% NaCl + 3% Ca(NO2)2
0	-377	-346	-384
5	-381	-404	-333
10	-404	-428	-310
15	-398	-445	-293
20	-397	-477	-272
25	-416	-493	-264
30	-423	-517	-254
35	-432	-525	-246
40	-436	-525	-240
45	-432	-518	-234
50	-444	-520	-229
55	-450	-522	-225
60	-449	-520	-220

6. Wyniki badań przedstawione w formie wykresu:

8. Zakres potencjałów korozyjnych stali określający jej stan w betonie na podstawie standardów ASTM.

Ekor/ mV względem NEK	Prawdopodobieństwo korozji
E > -126	< 5%
126 > E > -276	≈ 50%
E < -276	> 95%

WNIOSKI:

Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń i otrzymanych pomiarów jestem w stanie stwierdzić, że prawdopodobieństwo wystąpienia w przyszłości korozji stali (na podstawie standardów ASTM ):

• Roztwór A (Ca(OH)₂ + 1% NaCl) – prawdopodobieństwo bardzo duże > 95%,

• Roztwór B (CaCO₃) - prawdopodobieństwo bardzo duże > 95%,

• Roztwór C (Ca(OH)₂ + 1% NaCl + 3% Ca(NO₂)₂) - prawdopodobieństwo korozji

ok. 50 %.

Bibliografia

1. Praca zbiorowa pod redakcją Lecha Czarneckiego „ Ćwiczenia laboratoryjne z chemii budowlanej” Oficyna Wydawnicza PW. Warszawa 2007

2. L. Czarnecki, T.Broniewski, O.Henning. „Chemia w Budownictwie”. Wydawnictwo ARKADY. Warszawa 1994

Załącznik:

• Konspekt z przeprowadzonych doświadczeń w laboratorium