Uniwersytet Zielonogórski

Wydział Inżynierii

Lądowej i Środowiska

CHEMIA BUDOWLANA

ĆWICZENIE NR. 5

Oznaczanie stopnia agresywności gruntu.

Grupa 13

Zespół 30

Tomasz Ralko

Damian Kukuć

Andrzej Szklarz

1. Podstawowe definicja i określenia dotyczące korozji betonu.

> Środowisko agresywne - środowisko wywołujące niszczenie betonu lub żelbetu.

>Korozja betonu - nieodwracalna zmiana własności betonu w wyniku fizycznego, fizykochemicznego lub specjalnego oddziaływania środowiska korozyjnego, lub wewnętrznych korozyjnych procesów w betonie.

>Korozja zbrojenia - niszczenie zbrojenia w wyniku procesów elektrochemicznych przy działaniu środowiska korozyjnego, w tym również substancji zawartych w betonie.

>Korozja żelbetu - niszczenie żelbetu w wyniku korozji betonu lub zbrojenia albo jednoczesnej korozji betonu i zbrojenia.

>Oddziaływanie korozyjne - oddziaływanie środowiska agresywnego, powodujące korozję betonu lub zbrojenia albo jednoczesną ich korozję.

>Stopień agresywności środowiska - techniczna ocena intensywności agresywnego oddziaływania środowiska na zmianę właściwości technicznych.

>Stopień korozji - techniczna ocena zmian własności betonu lub zbrojenia w wyniku oddziaływania agresywnego środowiska.

>Szybkość korozji - zmiana, pod wpływem korozji, własności betonu lub zbrojenia w jednostce czasu.

>Odporność korozyjna - zdolność betonu, zbrojenia i żelbetu do przeciwstawienia się działaniu środowiska korozyjnego.

>Cykliczne oddziaływanie korozyjne - oddziaływanie korozyjne na beton, zbrojenie lub żelbet powtarzające się w czasie.

>Agresywne środowisko ciekłe - środowisko, którego oddziaływanie określone jest składem i właściwościami jego stanu ciekłego.

>Agresywne środowisko gazowe - środowisko, którego oddziaływanie określone jest składem i właściwościami jego stanu gazowego.

>Agresywne środowisko stałe - środowisko, którego oddziaływanie określone jest składem i właściwościami jego stanu stałego.

>Siarczanowa korozja betonu - korozja betonu pod wpływem oddziaływania siarczanów.

>Magnezjowa korozja betonu - korozja betonu pod wpływem oddziaływania soli magnezowych.

>Kwasowa korozja betonu - korozja betonu pod wpływem oddziaływania kwasów lub roztworów kwaśnych na beton.

>Węglanowa korozja betonu - korozja betonu pod wpływem oddziaływania agresywnego dwutlenku węgla zawartego w wodzie na beton.

>Ługująca korozja betonu - korozja betonu pod wpływem oddziaływania na beton wód miękkich.

>Amonowa korozja betonu - korozja w wyniku oddziaływania agresywnych soli amonowych zawartych w wodzie na beton.

>Korozja pod wpływem innych czynników chemicznych - korozja wywołana innymi substancjami, np. stężone ługi, cukry, fenole, siarkowodór i inne.

>Karbonizacja betonu - proces oddziaływania dwutlenku węgla w stanie gazowym na beton, prowadzący do zmniejszenia jego alkaliczności.

Ochrona przed korozją

a. Ochrona materiałowo-strukturalna - zwiększenie odporności betonu lub żelbetu na działanie środowisk agresywnych przez dobór składu lub struktury betonu w procesie wykonywania konstrukcji.

b. Ochrona powierzchniowa - zwiększenie odporności konstrukcji z betonu na działanie środowisk agresywnych przez ograniczenie lub odcięcie dostępu środowiska agresywnego do elementu konstrukcji.

2. Klasyfikacja środowisk korozyjnych według normy PN-80/B-01800.

1. Podział podstawowy środowisk korozyjnych.

>Rodzaj środowisk korozyjnych:

- gazowe

- ciekłe

- stałe

>Sposób oddziaływania:

- fizykochemiczny

- fizyczny

- chemiczny

- specjalny

>Stopnie agresywności:

• słaby (l_a) - dzieli się na stopnie: (l_a1),(l_a2)

• średni (m_a)

• silny (h_a)

b. Ogólna klasyfikacja i oznaczenie(indeksy) środowisk oddziaływujących na beton.

-Dane w tablicy należy odczytywać tylko w układzie pionowym.

-Wartości temperatury podane w tablicy dotyczą powietrza i określa się jako średnie najniższych lub najwyższych lub najwyższych temperatur występujących w ciągu 5 kolejnych w okresie jednego roku. Średnią temperatur powietrza określa się w ciągu 50 najchłodniejszych albo najbardziej gorących lat.

-Środowiska, które charakteryzują się temp. powyżej 200^o, normalizuje się specjalnymi wymaganiami jak dla betonów żaroodpornych.

-Środowiska gazowe określa się jako:

suche - jeżeli wilgotność względna powietrza wynosi powyżej 60%

wilgotne- jeżeli wilgotność względna powietrza wynosi 60-75%

mokre - jeżeli wilgotność względna powietrza wynosi powyżej 75% przy możliwości tworzenia kondensatu pary wodnej na powierzchni betonu, lub zawilgocenie odpadami atmosferycznymi.

-Przy stałym kontakcie betonu z ciekłymi środowiskami określa się środowisko jako mokre i specjalne, charakteryzując je dodatkowo:

-szybkością przepływu (V) lub współczynnikiem filtracji gruntu (k_f)

-gardientem ciśnienia

-sposobem kontaktu z cieczą

-Przy poszczególnym stopniu agresywności stosuje się następującą ochronę betonu:

1. słaby (l_a) - ochrona minerałowo-strukturalna

2. średni (m_a) - ochrona minerałowo-strukturalna oraz powierzchniowa

3. silny (h_a) - ochrona minerałowo-strukturalna oraz powierzchniowa, oddzielające konstrukcję od agresywnego środowiska

-Oddziaływanie specjalne środowiska jest to np. mróz, wpływ wiatru, ścieranie stałymi cząstkami zawartymi w cieczy, wpływ środków transportowych, kawitwcja, możliwość występowania udarów.

-przy specjalnych lub nieuwzględnionych w klasyfikacji oddziaływaniach obok oznaczenia podaje się w nawiasie rodzaj oddziaływania.

c. Klasyfikacja szczegółowa środowisk korozyjnych.

Środowiska gazowe

Stopień agresywnego oddziaływania środowisk gazowych określa w zależności od wilgotności względnej, składu i stężenia gazów.

Grupa efektywności agresywnego oddziaływania gazów w zależności od ich rodzaju i stężenia.

Rodzaj gazu	Jednostka miary	A	B	C	D
CO2		<2000	≥2000
SO2		do 0,5	≥0,5-10	≥10-200	>200
HF		do 0,05	≥0,05-5	≥5-10	≥10
H2S	mg/m^3	do 0,01	≥0,01-5	≥5-100	≥100
NO2		do 0,1	≥0,1-5	≥5-25	≥25
CL1		do 0,1	≥0,1-1	≥1-5	≥5
HCL		do 0,05	≥0,05-5	≥5-10	≥10

-Stopień agresywnego oddziaływania wzrasta od A do B

-W przypadku obecności w środowisku kilku agresywnych gazów, stopień agresywnego oddziaływania przyjmuje się dla składnika najbardziej agresywnego.

Stopień agresywnego oddziaływania gazowych środowisk na beton i żelbet.

Wilgotniść względna powietrza %	Grupa gazów wg tabl.2	Stopień agresywnego oddziaływania środowiska na:
				beton	żelbet
	<60	C	la	la
		D	ma	ma
	B	-	la
60-75	C	ma	ma
	D	ha	ha
>75	A	-	la
		B	la	ma
		C	ma	ha
		D	ha	ha

-Stopień agresywnego oddziaływania środowisk gazowych na beton i żelbet w tablicy określono w przedziale temperatury 0-50^oC

-Stopień agresywności dotyczy betony z cementu portlandzkiego, zawierającego 300kg cementu na 1m³betonu wykonanego z mieszanki betonowej o wskaźniku wodno-cementowym 0,6

-Stopień agresywności dotyczy oddziaływania środowiska na żelbet, w którym otulina prętów zbrojeniowych betonu wynosi nie mniej niż 2 cm.

Środowiska ciekłe

Stopień agresywności wg fizykochemicznego oddziaływania ciekłych środowisk, w zależności od zawartości agresywnych substancji.

Stopień agresywności wody

Rodzaj agresywności

Wskażnik agresywności

Jednostka miary

Stopień agresywności wody

la

ma

ha

la1

la2

Ługująca (twardość)

Tw

^oniem.

6>Tw>=3

Tw<3

-

-

Kwasowa

H^1+

pH

7>pH≥6,5

6,5>pH≥5

5>pH≥4,5

pH<4,5

Węglanowa

aCO2

mg/l

5<aCO2≤1000

10,aCO2≤40

ACO2>40

-

Magnezowa

Mg^2+

150<Mg^2+≤1000

1000<Mg^2+≤200

Mg^2+>2000

-

Amonowa

NH4^1+

10<NH4^1+≤100

100<NH4^1+≤500

NH4^1+>500

-

Śiarczanowa

SO4^2-

250<SO4^2-≤350

350<SO4^2-≤500

500<SO4^2-≤1000

SO4^2->1000

-Stopień agresywności środowiska, podany w tablicy, ustalona, przyjmując następujące założenia

temperatura 0-50^oC

konstrukcja podlega działaniu agresywnych środowisk przy jednostronnym ciśnieniu hydrostatycznym ≤10m lub baz ciśnienia hydrostatycznego

konstrukcja znajdujące się w gruntach o współczynniku filtracji większym niż 0,1 m/d

-Wymienione dane odnoszą się do konstrukcji, w których otulina zbrojenia betonu wynosi nie mniej niż 5 cm.

-Stopień agresywności dla środowiska zawierającego jony SO₄^2- przyjęto w odniesieniu do betonów z cementu portlandzkiego.

-Stopień agresywności środowisk ustalone są dla betonów o zawartości cementu 300 kg/m³ i stopniu wodoszczelności W-4 wg BN-62/6738-07

-Stopień agresywności wody należy przyjmować o jeden stopień wyższy, jeżeli:

beton styka się wodą powierzchniową będącą w ruchu o szybkości przepływu V≥0,2m/s

woda wywiera jednostronne parcie H>10,0m

-Stopień agresywności wody w stosunku do betonu należy przyjmować o jeden stopień niższy, jeżeli: - budowla betonowa znajduje się w nienaruszonym lub starannie ubitym gruncie o współczynniku filtracji k_f<0,1m/d, a woda wykazuje agresywność słabą lub średnią.

-Jeżeli woda zawiera substancje organiczne, to konieczna jest indywidualna ocena agresywności.

Środowisko stałe

Stopień agresywności stałych środowisk podano w tabeli.

Wartości graniczne stopnia agresywności gruntów w stosunku do betonu.

-Stopień agresywności dotyczą betonów z cementu portlandzkiego o zawartości 300kb/m³ betonu w/c =0,6

-Stopień agresywności gruntów i środowisk w stanie stałem określa się wg chemicznego wyciągu wodnego (1cz. w. Gruntu i 4 cz. w. Wody destylowanej)

-Konieczna jest indywidualna ocena agresywności, jeżeli grunt zawiera części organiczne.

3. Opis przeprowadzonych badań agresywności gruntu

1. Ćwiczenie

Zawartość jonów siarczanowych w gruncie.

wyciąg wodny (1:4)

• odważono dwie próbki gruntu o masie 50g +/-0,2g

• próbki przeniesiono do kolb stożkowych

• dodano do jednej z próbek 200cm³ wody destylowanej

• mieszano przez 10 min.

• następnie przesączono, pobrano 50 cm³ przesączu i umieszczono go w zlewce

• w przesączu oznaczono stężenie SO₄²⁺ metodą wagową(BaSO₄)

• dodano kilka kropli oranżu metylowego

• dodano HCl 1:1 (do koloru różowego)

• dodano jeszcze 10cm³

• dodano 10 cm³ 10% NH₄Cl

• zagotowano (w przypadku występowania osadu przesączyć i ponownie zagotować)

• dodano 5cm³ BaCl₂ (mieszając)

2. Ćwiczenie

Kwasowość wymienna.

wyciąg octanowy (1:4) Octan sodowy 0,1molowy

• odważoną uprzednio drugą próbkę gruntu (50g)przeniesiono do zlewki

• dodano 200 cm³ octanu sodowego

• następnie gotowano 10 min.

• sączono i pobrano 100 cm³ przesączu

• dodano kilka kropel fenoloftaleiny

• w następnej kolejności miareczkowano 0,1mol NaOH wobec fenoloftaleniny do uzyskania zabarwienia różowego

• odczytano ilość zużytego NaOH, które jest miarą kwasowości

4. Obliczenie stopnia agresywności gruntu na podstawie przeprowadzonych badań.

Zawartość jonów siarczanowych w gruncie.

m- masa wytrąconego siarczanu baru

Wp- współczynnik przeliczeniowy masy BaSO₄

mg- masa próbki gruntu wziętej do analizy

Obliczenie współczynnika przeliczeniowego(Wp).

M_CaSO4=masa siarczanu baru

M_SO4=masa jonów siarczanowych

M_Ba=137,36u

Ms=32,066u

M_o=16,00u

M_CaSO4=137,36+32,066+4·16,00=233,426u

M_SO4=32,066+4·16,00=96,066

Masa tygielka 84 - 45,016 g

Masa tygielka z materiałem po wyprażeniu 46,717 g

m = 46,171 - 45,016 = 1,701 g - masa wytrąconego siarczanu baru

mg=50 g

[mg/kg]

Kwasowość wymienna

V= ilość zużytego NaOH V=12,6 cm³

Kw- kwasowość wymienna

Kw=12,6 · 40 = 504 [cm³/kg gruntu]

Po porównaniu wyników badań z normą PN-80/B-01800 wynika, że badany grunt jest silnie agresywny w stosunku do betonu.

---