Ćwiczenie

Korozja kwasowa spoiwa cementowego w środowisku kwasu chlorowodorowego

Celem ćwiczenia jest poznanie zjawiska korozji kwasowej spoiwa cementowego spowodowanej działaniem kwasów na przykładzie działania kwasu chlorowodorowego o różnym stężeniu.

Aparatura i odczynniki

krystalizatory szkiełka zegarkowe waga z dokładnością do 0,01g papier do osuszania próbek

próbki zaprawy cementowej 1x1x6 cm 2% HCl 4% HCl 6% HCl

Sposób wykonania oznaczeń

• Trzy próbki zaprawy wyjąć z naczynia z wodą i osuszyć. Każdą próbkę oddzielnie zważyć z dokładnością do 0,01g i zapisać jej masę.

• Poszczególne próbki zaprawy umieścić w krystalizatorach oznaczonych jako 2%, 4% i 6%

• Do każdej zlewki wlać tyle kwasu o zgodnym z opisem na zlewce oznaczeniu, aby ciecz całkowicie zakrywała próbkę. Krystalizatory przykryć szkiełkami zegarkowymi.

• Po upływie 1,5 godziny próbki wyjąć z krystalizatorów, opłukać pod bieżącą wodą, starannie osuszyć i ponownie zważyć z dokładnością do 0,01 g.

• Uzyskane wyniki zestawić w tabeli:

Nr zlewki	Stężenie [% wag.]	Początkowa masa próbki [g]	Końcowa masa próbki [g]	Ubytek masy [g]	Ubytek masy [%]
1 2 3

• Zależność pomiędzy stężeniem roztworu kwasu a procentowym ubytkiem masy próbki należy przedstawić graficznie na papierze milimetrowym, odkładając na osi odciętych stężenie roztworu, a na osi rzędnych procentowy ubytek masy próbki.

• Opisac zjawisko zniszczenia spoiwa cementowego wywołanego działaniem kwasów.

• Co można powiedzieć o reaktywności spoiwa cementowego w środowisku kwasu solnego?

• Czy można zauważyć monotoniczność charakterystyki zniszczenia?

Ćwiczenie

Badanie wpływu dwutlenku węgla CO₂ na spoiwo cementowe

Celem ćwiczenia jest obserwacja reakcji zachodzących w spoiwie cementowym wywołanych działaniem dwutlenku węgla w środowisku wilgotnym.

Oznaczenie wykonuje się w aparacie przedstawionym na poniższym rysunku.

Opis aparatu

Aparat składa się z 2 kolb stożkowych (B) i (C) połączonych z sobą rurką szklaną. Kolba (B) zaopatrzona jest we wkraplacz szklany z kwasem solnym. Otwierając kran (K) do kolby (B) wprowadza się kwas solny, który reaguje z węglanem wapniowym wg równania:

Wywiązujący się dwutlenek węgla przedostaje się do naczynia (C), w którym znajduje się zanurzona w wodzie próbka rozdrobnionego betonu.

Aparatura i odczynniki

zestaw do oznaczania wypływu dwutlenku wegla pH-metr lub papierki wskaźnikowe zestaw do sączenia

woda wapienna grys wapienny 15% HCl

Sposób wykonania oznaczeń

• Przygotować klarowny roztwór wody wapiennej, zmierzyć jego odczyn i umieścić go w kolbie (C).

• Do kolby (B) wsypać niewielka ilość grysu wapiennego.

• Zestawić aparat do wyznaczania wypływu dwutlenku wegla w sposób pokazany na powyższym rysunku.

• Do szklanej bańki znajdującej się nad kolbą (B) wlać kwas solny , przy czym uważać aby kran (K) był zamknięty.

• Otworzyc kran (K) i rozpocząć powolne wkraplanie roztworu kwasu solnego do naczynia (B); zaobserwować wywiązanie się dwutlenku wegla.

• Dwutlenek węgla przedostaje się do kolby (C) powodując widoczne zmiany wyglądu wody wapiennej. Opisać obserwowane zmiany. Zmierzyć i podać odczyn, przy którym roztwór jest mętny i przy którym ponownie zaczyna sie klarować. Wyniki przedstawić w tabeli:

Etap	Odczyn roztworu	Zachodzące reakcje	Obserwacje
0	pH=	Ca(OH)2 aq
I	pH=	Ca(OH)2+CO2=>CaCO3+H2O
II	pH=	CaCO3+H2O+CO2=>Ca(HCO3)2

• W oparciu o iloczyn rozpuszczalności wodorotlenku wapnia, węglanu wapnia i wodorowęglanu wapnia wytłumaczyć zaobserwowane w kolbie (C) zmiany wyglądu cieczy.

• Odnieść obserwacje do reakcji mogących zajść w powierzchniowej strefie materiału o matrycy cementowej.

• Opisac procesy zachodzące w materiale o matrycy cementowej i zmiany w strukturze wywołane działaniem dwutlenku węgla.

Ćwiczenie

Oznaczenie skażenia betonu jonami chlorkowymi

Cel ćwiczenia

Ilościowa ocena stopnia skażenia jonami chlorkowymi oraz obserwacja podciągania kapilarnego cieczy w beleczkach wykonanych z zaprawy cementowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

• W krystalizatorach sporządzić po 100 ml 1%, 4% i 7% roztworu NaCl.

• Zważyć dwie beleczki i ustawić je pionowe w krystalizatorze z przygotowanym roztworem soli, na około 30 minut (należy uważać, aby beleczki się nie przewróciły).

• Po upływie tego czasu beleczki wyjąć osuszyć i zmierzyć wysokość na jaką została podciągnięta ciecz.

• Następnie do 2 krystalizatorów wlać po 100 ml wody destylowanej.

• Każdą beleczkę (osobno) zanurzyć w przygotowanej wodzie destylowanej i pozostawić na około 10 minut w celu wyługowania jonów chlorkowych.

• Z każdego krystalizatora do kolby stożkowej pobrać pipetą po 25 ml roztworu powstałego z wyługowania chlorków. Następnie dodać po 1 ml 5% K₂CrO₄ i miareczkować 0,01 m AgNO₃ do zmiany barwy z żółtej na brunatną.

• Na podstawie ilości dodanego roztworu azotanu srebra wyznaczyć stopień zagrożenia korozyjnego stali zbrojeniowej wiedząc, że stosunek spoiwa do kruszywa w badanych beleczkach wynosi S:K = 1:3.

• Porównać wyniki otrzymane dla 1, 4 i 7% roztworu NaCl.

• Napisać wnioski.

Obliczanie wyników

X=V*M*35.5*4

gdzie:

X - masa jonów chlorkowych [mg]

V - ilość roztworu 0,01M AgNO₃ zużyta do miareczkowania [ml]

M - stężenie molowe AgNO₃ = 0,01 [mol/dm³]

4 - przelicznik na 100 ml roztworu wyługowanych chlorków

35,5 - masa molowa chloru

Dopuszczalna procentowa zawartość jonów Cl^- w stosunku do masy spoiwa kształtuje się następująco:

0,15 - iniekcja w kablu w konstrukcjach sprężonych,

0,3 - strefa kontaktowa zbrojenia i betonu w żelbecie wg BS.

Ćwiczenie

Rdzewienie żelaza

Potrzebne wyposażenie

• 3 blaszki stalowe

• papier ścierny

• 3 zlewki po 150 ml

• 1 blaszka cynkowa

• 1 blaszka miedziana

• żyłka nylonowa

• roztwór 5% NaCl + 0,1% H₂O₂

Korozja w roztworach elektrolitów obojętnych przebiega z reguły zbyt wolno, aby można ją przeprowadzić w ciągu jednego ćwiczenia. Jeżeli jednak oczyszczoną i odtłuszczoną próbkę blachy stalowej zanurzy się w roztworze 5 % NaCl + 0,1% H₂O₂, to już po kilkunastu sekundach pojawiają się rdzawe plamy na próbce - rozpoczyna się korozja żelaza (rdzewienie). Naturalną korozję atmosferyczną można stwierdzić, zwilżając dobrze odtłuszczoną blaszkę stalową 3% NaCl i zostawiając ją w wilgotnym miejscu. Szybkość korozji żelaza zwiększa się przez zetknięcie go z metalami bardziej od niego szlachetnymi, a opóźnia się przez zetknięcie z mniej szlachetnymi. W celu udowodnienia tego twierdzenia przeprowadza się następujące badania:

Przeprowadzenie doświadczenia

1. do roztworu 5% NaCl + 0,1% H₂O₂ wprowadza się blaszkę stalową (oczyszczoną i odtłuszczoną) zważoną na wadze analitycznej. Po 2 godzinach blaszkę wyjmuje się, spłukuje silnym strumieniem wody usuwając resztki rdzy pędzelkiem lub pręcikiem z nasadzoną gumką. Następnie opłukuje się alkoholem eterem, suszy w strumieniu ciepłego powietrza i waży. Ubytek masy próbki przelicza się na jednostkę powierzchni:

2. doświadczenie przeprowadza się jak w punkcie a, styka się jednak blaszkę stalową z cynkiem (zanurzonym również w roztworze)

3. doświadczenie wykonuje się jak w punkcie a z tą różnicą, że blaszkę stalową styka się z miedzią (zanurzoną w roztworze).

Jeżeli porównamy ubytki mas blaszki stalowej, przeliczone na 1 cm², to przekonamy się, że w razie kontaktu z cynkiem nie ma żadnego ubytku masy (protektorowa ochrona metali przed korozją). W kontakcie z miedzią obserwuje się natomiast znaczne zwiększenie szybkości korozji stali. Wyniki pomiaru należy zestawić w tablicy.

Tablica

Pomiar	Powierzchnia P [cm^2]	Masa blaszki przed pomiarem m [g]	Masa blaszki po pomiarze m [g]	Ubytek masy próbki m [g]	Ubytek masy próbki na jedn. powierz. x [g/cm^2]

Ćwiczenie

Wpływ inhibitorów na korozję stali w środowisku kwasowym

Celem ćwiczenia jest obserwacja jednego z mechanizmów korozji chemicznej metali, polegającego na rozpuszczaniu metali pod wpływem działającego kwasu oraz hamującego działania inhibitorów na ten proces.

Sposób wykonania oznaczeń

• Blaszkę stalową starannie oczyścić papierem ściernym, a nastepnie zmierzyć wymiary suwmiarką. Zapisać wyniki pomiarów.

• Zestawić aparat do mierzenia ilosci wodoru wydzielonego w procesach korozyjnych.

• Na dnie zlewki, na podstawce z pręcików szklanych, umieścić blaszkę stalową, a następnie przykryć ją szklanym lejkiem z zestawu pomiarowego.

• Do zlewki nalać 1M kwasu siarkowego (VI) w takiej ilosci, aby po wyrównaniu poziomu sięgał on nieco ponad koniec części stożkowej lejka.

• Przy pomocy pompki napełnić pipetę wchodzącą w skład układu pomiarowego 1M H₂SO₄ do poziomu umożliwiającego dokonywanie odczytów objętości wodoru wypierajacego kwas siarkowy (VI) z pipety.

• Odczytów należy dokonywać w ciagu godziny z częstotliwością co 10 min.

• W celu oceny wpływu inhibitora na korozję stali wywołaną działaniem kwasu należy równolegle zestawić układ w opisany powyżej sposób, jednakże do zlewki należy wlaćanalogiczną ilość kwasu siarkowego (VI) zmieszana z 10 cm³ roztworu tiomocznika.

• Dla układu stali z kwasem siarkowym i inhibitorem również odczytywać co 20 min ilość wywiązanego w reakcji wodoru.

• Wyniki odczytów przedstawic w tabeli;

Nr pomiaru	Czas [min]	Układ bez inhibitora			Układ z inhibitorem
				Powierzchnai próbki P=...[cm^2]			Powierzchnia próbki P=...[cm^2]
				Poziom cieczy w pipecie	Ilość wodoru [cm^2]	Ilość wodoru/P [cm^3/cm^2]	Poziom cieczy w pipecie	Ilość wodoru [cm^3]	Ilość wodoru/P [cm^3/cm^2]
1 2 3 4 5 6 7	0 10 20 30 40 50 60

Ćwiczenie

Warstwy pasywne

Potrzebne wyposażenie

• drut żelazny

• skrawki blachy aluminiowej

• stężony kwas azotowy

• roztwór Hg(NO₃)₂

• probówki

• bibuła

• papier ścierny.

a. Pasywacja żelaza

Przeprowadzenie doświadczenia

Zanurzyć drut żelazny (starannie oczyszczony) w stężonym HNO₃. W pierwszej chwili po zanurzeniu reakcja zaczyna przebiegać (wywiązywanie się z małych ilości tlenków azotu), ale po chwili ustaje wskutek utworzenia się szczelnej warstewki pasywnej magnetytu.

magnetyt

b. Pasywacja aluminium

Przeprowadzenie doświadczenia

Skrawek blaszki aluminiowej zanurzyć w stężonym HNO₃. Wodór nie wydziela się, tworzy się warstwa ochronna Al₂O₃. Nie da się zaobserwować żadnych zmian zewnętrznych świadczących o przebiegu reakcji.

c. Uszkodzenie warstewki pasywnej na aluminium za pomocą rtęci

Przeprowadzenie doświadczenia

Skrawek blaszki aluminiowej pocierać przez 1-2 min. bibułą zwilżoną roztworem Hg₂(NO₃)₂. Warstewka ochronna Al₂O₃ zostaje uszkodzona mechanicznie przez potarcie, a następnie powstająca wskutek reakcji z aluminium metaliczna rtęć tworzy amalgamat aluminiowy.

Aluminium w amalgamacie ulega łatwo utlenieniu, wskutek czego na powierzchni metalu tworzy się biały, pylisty Al₂O₃. Zaobserwować rozgrzanie się blaszki.

Ćwiczenie

Powstawanie zgorzeliny stali

Celem ćwiczenia jest obserwacja jednego z mechanizmów korozji chemicznej metali polegającego na powstawaniu powierzchniowych produktów korozji stali w wyniku działania gazów utleniajacych w wysokiej temperaturze (powstawanie zgorzeliny, inaczej zendry).

Aparatura i odczynniki

Blaszka stalowa Papier ścierny Palnik Bunsena Szczypce stalowe Waga analityczna Suwmiarka Eksykator z krzemionka

Sposób wykonania oznaczeń

• Blaszkę stalową starannie oczyścić papierem ściernym, odtłuścić, a nastepnie zważyć na wadze analitycznej i zmierzyć wymiary suwmiarką. Zapisać wyniki pomiarów.

• Umiescić blaszkę w szczypcach, przenieść w utleniający płomień palnika i ogrzewać do czerwonego żaru.

• Ostudzić blaszkę w eksykatorze i zaobserwować pojawienie sie ciemnej warstwy zgorzeliny. Jeżeli próbka stalowa była ogrzewana w utleniającym płomieniu palnika, to jej powierzchnia pokryła się warstwą tlenku Fe₃O₄ (Fe₃O₄= Fe₂O₃, gdy temperatura jest mniejsza niż 570 ^oC*FeO (temperatura > 570^oC))

• Po ostudzeniu w eksykatorze, ponownie zważyć blaszkę i obliczyć grubość warstwy tlenkowej stosując poniższy wzór:

Gdzie: x- grubość warstwy zgorzeliny [cm]

m- przyrost masy próbki [g]

P- powierzchnia reakcji próbki [cm²]

d- gęstość powstającej zgorzeliny Fe₃O₄ (5,18 g/cm³)

M_Fe3O4- masa molowa Fe₃O₄ (231,52)

M_2O2- masa molowa 2O₂ (64,0)

• Uzyskane wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli:

Powierzchnia reakcji próbki P [cm^2]	Masa blaszki przed ogrzewaniem m [g]	Masa blaszki po ogrzewaniu m [g]	Przyrost masy m [g]	Obliczona grubość warstwy Fe3O4 [cm]

UWAGA!

Wynik końcowy, czyli otrzymana grubość warstwy zgorzeliny, jest zależny od temperatury i czasu wygrzewania. Może wynosić od 0,001 do kilku milimetrów. Warto zauważyć, że jeżeli ogrzewanie będzie trwać dostatecznie długo (np. 20-30 min) powstajaca zgorzelina przyjmie postać odpadających łusek.

---