Korozja betonu powstaje pod wpływem czynników chemicznych, związana jest z działaniem wody i różnych substancji agresywnych rozpuszczonych w wodzie .
W zależności od składu środowiska agresywnego rozróżnia się następujące rodzaje korozji
-korozja ługująca , spowodowana działaniem wód miękkich ,
-korozja ogólno kwasowa związana z aktywnością jonów wodorowych (pH) ,
-korozja kwasowo węglowa , zależna od zawartości agresywnego dwutlenku węgla ,
-korozja siarczanowa , zależna od zawartości jonów siarczanowych ,
-korozja magnezowa , zależna od zawartości jonów magnezowych .
KOROZJA ŁUGUJĄCA.
Niszczenie betonów w skutek działania wody jest zazwyczaj związane z jej przenikaniem przez konstrukcje betonowe. Woda przesącza się nie tylko przez masę betonową, lecz również przez rysy, szczeliny i wzdłuż prętów zbrojenia. Szczeliny powietrzno-wodne w betonie powstają wskutek parowania wody, która nie została chemicznie związana z cementem. Im większy jest stosunek masy wody do masy cementu (W/C)tym porów jest więcej. Beton o normalnej szczelności posiada wskaźnik W/C=0,56-0,60; o podwyższonej szczelności wskaźnik W/C=0,46; a o bardzo wysokiej szczelności W/C=0,45. Szczególnie wrażliwym miejscem na powstawanie porów są szwy robocze, wynikające z przerw w betonowaniu i szczeliny wzdłuż prętów zbrojeniowych. Przesączająca się przez beton woda reaguje z jego składnikami i stopniowo wypłukuje Ca(OH)2 pozostawiając żel krzemowy. Stwardniały zaczyn cementowy składa się z produktów hydratacji minerałów klinkierowych oraz części nie uwodnionych składników cementu. Produkty hydratacji to uwodnione krzemiany i gliniany wapnia, żelazian wapnia, siarczanoglinian wapnia oraz krystaliczny Ca(OH)2. Ponadto w porach betonu znajduje się nasycony roztwór Ca(OH)2. Najbardziej podatny na korozję jest wodorotlenek wapnia i ten składnik posiada największe znaczenie dla zachowania trwałości betonu , gdyż pozostałe składniki stwardniałego zaczynu cementowego mogą trwale egzystować tylko w środowisku zasadowym. Wodorotlenek wapnia powstaje w betonie w wyniku hydratacji alitu i belitu:
3 CaO * SiO2 + nH2O 2 CaO * SiO2 (n-1)H2O + Ca(OH)2
2 CaO * SiO2 + nH2O CaO * SiO2 (n-1) H2O + Ca(OH)2
Wodorotlenek wapnia jest najbardziej wrażliwy na rozpuszczanie składnikiem stwardniałego zaczynu cementowego (rozpuszczalność rzędu 1200-1700mg /l). Do póki Ca(OH)2 znajduje się w porach betonu i utrzymuje odczyn silnie zasadowy (pH>12) układ jest w stanie równowagi i zachowuje trwałość. Rozpuszczanie i wypłukanie Ca(OH)2 z zaczynu narusza istniejący stan równowagi. Następujące obniżenie zasadowości fazy ciekłej do wartości pH <12 i stabilne wcześniej minerały ulegają rozpuszczeniu :
2CaO * SiO2 * nH2O + 2 H2O SiO2 * nH2O + 2 Ca(OH)2
Analogicznie można rozpatrywać trwałość minerałów powstałych przez uwodnienie glinianu i żelazianu wapnia. Produktem końcowym są tutaj żele wodorotlenku glinu i wodorotlenku żelaza (III). Wskutek obniżenia stężenia Ca(OH)2 początkowo następuje pełny rozkład krzemianów, następnie pełny rozpad glinianów, a w rezultacie zniszczenie betonu. Obecność soli nawet nie wchodzących w reakcje ze składnikami betonu powoduje podwyższenie stężenia jonów w roztworze i zwiększa moc jonową roztworu
I = 0,5 S c z2
c - stężenie molowe jonu, z - ładunek jonu
Rozpuszczalność soli trudno rozpuszczalnych rośnie wraz ze wzrostem mocy jonowej. Następuje więc wzrost wyługowania Ca(OH)2 z betonu i obniżenie jego wytrzymałości. Natomiast obecność węglanów i wodorowęglanów wapnia obniża korodujące działanie wody .Im wyższa jest twardość przemijająca wody, tym mniejszą wywoła ona korozję. Rozpuszczalność Ca(OH)2 zgodnie z iloczynem rozpuszczalności
L = [ Ca2+] * [OH-]2 maleje ze zwiększeniem stężenia jonów Ca2+ pochodzących z dysocjacji CaCO3 i Ca(HCO3)2.
KOROZJA KWASOWĘGLOWA.
Działanie agresywnego CO2 polega na tym, że część jego w wodach naturalnych znajduje się przeważnie w równowadze chemicznej z Ca(HCO3)2 , co powoduje specyfikę procesów korozji węglanowej lub kwasowęglowej. Procesy chemiczne korozji węglanowej przedstawić można następującymi równaniami :
CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
Ca (OH)2 + 2CO2 Ca(HCO3)2
n CO2 + n CaO *SiO2 aq= n CaCO3 +SiO2 aq
m CO2 + m CaO * Al2O3 aq = m CaCO3 + 2 Al (OH)3 + p H2O
Przy niewielkich dla wód naturalnych stężeniach kwasu H2CO3 (jonów H ), ilości Ca(OH)2 rozpuszczone chemicznie są znikome w porównaniu z ilościami Ca(OH)2 wyługowanego fizycznie. Kind podaje przykładowo, że 1 litr wody zawierającej 44 mg agresywnego CO2 filtrującej przez beton rozpuści około 1700 mg Ca(OH)2 w sposób czysto fizyczny i około 25 mg w sposób chemiczny. W tych warunkach rola kwasu H2CO3 sprowadza się głównie do rozpuszczenia i rozdrabniania znajdującej się na powierzchni betonu zawartej, skarbonizowanej warstwy lub do uniemożliwienia jej tworzeni się, co zwiększa przesiąkliwość betonu i powoduje fizyczne wypłukiwanie z niego wodorotlenku wapnia.
KOROZJA OGÓLNOKWASOWA.
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 jest analogiczna do korozji ługującej wywołanej fizycznym wypłukiwaniem Ca(OH)2. Różnica polega na tym, że w wypadku korozji ługującej obniżenie zasadowości odbywa się przy pomocy procesów fizycznych (wypłukiwanie Ca (OH)2 ), natomiast w przypadku korozji kwasowej, na drodze reakcji chemicznych Ca(OH)2 z kwasami. Przy niewielkich stężeniach kwasu (jonów H+ ), co jest charakterystyczne dla wód naturalnych posiadających pH 6-8 ilości Ca(OH)2 zneutralizowane kwasem są nieznaczne w porównaniu z ilościami Ca (OH)2 wyługowanymi fizycznie z betonu. Kind podaje, że korozja kwasowa zaczyna konkurować z korozją fizycznego ługowania dopiero przy pH<4. Korozja betonu pod działaniem dowolnego kwasu HR, może być przedstawiona następującymi równaniami:
HR H+ + R-
n CaO * SiO2 aq + n H2O = SiO2 aq + n Ca (OH)2
p CaO * Al2O3 aq + q H2O = 2 Al(OH)3 + p Ca(OH)2
|
|
|
|
Ca(OH)2 Ca 2+ + 2 OH-
H + + OH - H2O
Ca2+ + 2 R - CaR2
3 H+ + Al(OH)3 Al3+ + 3 H2O
Al3+ + 3 R - AlO3
Lub w postaci molekularnej
Ca(OH)2 + 2 HR CaR2 + 2 H2O
Al. (OH)3 + 3 HR AlR3 + 3H2O
Ostatecznymi produktami działania kwasów na stwardniały zaczyn będą żel kwasu krzemowego oraz sole wapnia i glinu danego kwasu. Rodzaj powstających soli ma obok stężenia jonów wodorowych istotny wpływ na szybkość niszczenia betonu. Jeżeli sole powstające są łatwo rozpuszczane (CaCl2, Ca(NO3)2 , Ca(HCO3)2 , AlCl3 , Al(NO3)3) to są one unoszone z betonu przez wodę. Proces ten przyczynia się do zwiększenia porowatości betonu, a tym samym do przyspieszenia procesów korozyjnych. Jeżeli produkty reakcji są trudno rozpuszczane (CaC2O4,Al2(C2O4)3,Ca3(PO4)2,AlPO4) to okludując w porach mogą one tworzyć warstewki ochronne utrudniając kontakt roztworu agresywnego ze składnikami spoiwa, a więc hamujące postęp korozji.
KOROZJA SIARCZANOWA.
W wyniku oddziaływania siarczanów na stwardniały beton powstaje gips i sól Candlota
Ca 2+ + SO 2-4 CaSO4 H2O CaSO4 * 2 H2O (gips)
3 CaO * Al2O3 + 3CaSO4 + 31H2O 3CaO * Al2O3* 3Ca SO4 * 31 H2O (sól Candlota)
Powstające związki mają większą obiętość, wywołują znaczne naprężenia w porach, co powoduje rozsadzenie stwardniałego betonu ( tworzą się pęknięcia i rysy). Działanie jonów SO4 jest najszkodliwsze wtedy kiedy występują one w połączeni z kationami Mg, Zn, Al, Cu, Fe, czyli w postaci soli słabych. W wyniku hydrolizy soli np. Fe2(SO4)3 następuje zwiększenie kwasowości roztworu:
Fe 3+ + 3HOH Fe (OH)3 +3H+
Następuje wtedy dodatkowe działanie korozyjne podobne do korozji kwasowej.
KOROZJA MAGNEZOWA.
Zawartość soli magnezu w wodzie (np. morskiej) powoduje tzw. korozję magnezową wg. reakcji:
MgSo4 + Ca(OH)2 = Ca SO4 + Mg(OH)2
MgCl2 + Ca (OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2
Powstające sole wapnia np. CaCl2 i inne mogą być następnie wymywane przez wodę, inne sole jak np. CaSO4 mogą tworzyć gips i sól Candlota.
Wodorotlenek magnezu występuje w postaci koloidu (żelu) nie posiadającego własności wiążących, następuje więc osłabienie wytrzymałości betonu. Wskutek zmiany wodorotlenku wapnia na nierozpuszczalny wodorotlenek magnezu, zasadowość roztworu w porach betonu zmniejsza się, co wpływa na rozpad krzemianów i glinianów wapnia.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Korozja?tonu powstaje pod wpływem czynników chemicznych
Korozja materiałów budowlanych pod wpływem działania chemicznych czynników zewnętrznych, Budownictwo
Samobójstwa osób będących pod wpływem środków psychoaktywany, Studia, Patologie
SCIAGA ULICh, Hazard określa możliwosc powstania pod wpływem określonych zmian sygnałów wejściowych
Korozja polega na niszczeniu tworzywa pod wpływem środowiska, Inżynieria Środowiska PŚk, Semestr 1,
Agresywność chemiczna wody gruntowej w stosunku do betonu.-sprawko, Budownictwo S1, Semestr 1, Chemi
Wykład - przemysł chemiczny, studia moje prace, i innych również, Chemia 1, egzamin, chemia budowlan
Chem. Fiz. II rok pytania, studia - analityka chemiczna UMCS, III semestr, chemia fizyczna
BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI BETONU, Skrypty, UR - materiały ze studiów, studia, studia, Bastek, Studia, Ro
KOROZJA MATERIAŁÓW NIEMETALICZNYCH, Studia, Sem 2, SEMESTR II, SEMESTR I, chemia budowlana
Sprawozdanie -Korozja, Studia, I Semestr, Chemia Budowlana
grunty sprawko, Studia, Sem 4, Semestr 4 RŁ, gleba, sprawka i inne
chemia 10, Inżynieria Środowiska Politechnika Krakowska studia I stopnia, I semestr, Chemia, egzamin
Chem kolokwium odp, Studia, I Semestr, Chemia Budowlana
ściąga chemia wykład, Studia, Sem 1,2 +nowe, ALL, szkoła, Chemia
więcej podobnych podstron