Úloha č. 1 - Degradace kyselinami – vliv cementového pojiva CJ07 – Trvanlivost stavebních materiálů Ing. Magdaléna Kociánová

Cíl cvičení  Cílem cvičení je odzkoušet trvanlivost odlišných maltových materiálů – s odlišným typem cementového pojiva, v různých degradačních prostředích. Těmito budou běžné minerální kyseliny. Cement – v betonu ve formě produktů hydratace – Ca(OH) 2, hydratované křemičitany, hlinitany a železitany vápenaté.  CEM I 42,5 R – portlandský cement  CEM II 32,5 R – portlandský cement směsný

Koroze cementového tmelu v betonu  Koroze fyzikální – mechanické vlivy, teplota, vlhkost.  Koroze chemická – plynné agresivní látky z ovzduší, roztoky kyselin, zásad a solí, organické látky.  Koroze biologická – mechanické působení kořenů rostlin, chemické působení produktů životních pochodů živočichů, působení mikroorganismů.

Chemická koroze kapalným agresivním prostředím  Dochází ke snadné iontové výměně mezi roztokem a betonem.  V našem případě se bude jednat o korozi II. druhu – v kyselém prostředí.  Dochází k reakci cementové složky s kyselinou, která rozpouští pojivovou složku – Ca(OH) 2 a C-S-H gel.  Dochází ke vzniku vápenatých solí: Ca(OH) 2 + 2H + → Ca H 2 O  Vznikají sírany, chloridy, dusičnany vápenaté či hlinité.

Reakce konkrétních kyselin a Ca(OH) 2  Ca(OH) 2 + 2HCl → CaCl 2 + 2H 2 O  Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 → CaSO 4 ∙2H 2 O  Ca(OH) 2 + 2HNO 3 → Ca(NO 3 ) 2 + 2H 2 O  3Ca(OH) 2 + 2H 3 PO 4 → Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6H 2 O  Ca(OH) 2 + 2HF → CaF 2 + 2H 2 O Kyselé prostředí 1Kyselé prostředí 2Prostředí 3 Skupina A3 % HCl3 % H 2 SO 4 Referenčí, vzorek uložen v laboratorních podmínkách (za mokra) Skupina B5 % HCl5 % H 2 SO 4 Skupina C4 % HNO 3 4 % HCl Skupina D8 % HNO 3 8 % H 2 SO 4 Skupina E6 % HNO 3 6 % H 2 SO 4

Úloha č. 1 - Degradace kyselinami – vliv cementového pojiva Experimentální část  Vyrobte 2 sady zkušebních těles o rozměrech 40x40x160 mm z různých záměsí – s obsahem písku (0 – 2 mm) v poměru 3 : 1 na cement (jedna trojforma g písku, 500 g CEM), vodní součinitel 0,5. Dva druhy cementu:  CEM I 42,5 R  CEM II 32,5 R  Cekem ve skupině 6 trámečků (3 trámečky ke každé cementové směsi)  Následující den ODFORMOVAT a uložit trámečky do nádoby s vodou.

 Po 28 dnech ( ) připravte roztoky dle svého zařazení ve skupině.  Následně připravené a popsané trámečky vložte do skleněné nádoby s danou kyselinou tak, aby byl trámeček zcela ponořen v roztoku kyseliny. Nádobu uzavřete překrytím PE sáčku a zavažte provazem. Takto ponechte vzorky 7 dní exponovat (do ).  Po této době vzorky vyjměte, opláchněte vodou, vizuálně zhodnoťte a stanovte objemovou hmotnost, pevnost v tlaku a porovnejte v protokolu graficky s referenčním vzorkem. V závěru popište procesy, ke kterým ve struktuře hmoty došlo. Úloha č. 1 - Degradace kyselinami – vliv cementového pojiva Experimentální část

Úloha č. 2 - Degradace agresivními kapalinami a plyny CJ07 – Trvanlivost stavebních materiálů Ing. Magdaléna Kociánová

Cíl cvičení  Cílem cvičení je odzkoušet trvanlivost maltových materiálů v různých degradačních prostředích. Těmito budou odlišné minerální kyseliny a jejich plynné produkty uvolňující se do prostoru nad roztokem. Koroze betonu a maltových látek probíhá nejlépe v kapalném prostředí, kde dochází ke snadné iontové výměně mezi roztokem a betonem. Tato iontová výměna a tudíž i degradace probíhá ale i v prostředí plynném, pokud je přítomna vysoká vlhkost.

Faktory způsobující korozi  Vnitřní faktory způsobující korozi:  návrh betonové směsi – obsah cementu, vody, druh kameniva  technologie výroby – zhutnění, ošetření betonu  přísady – plastifikátory, polymery, aj.  Vnější faktory způsobující korozi:  fyzikální – teplota, vlhkost, mechanické vlivy  chemické – podzemní a nadzemní vody, chemikálie  biologické – kořeny, mikroorganizmy, výměšky

Mechanické narušování betonu abrazí, kavitací, mrazem a požárem

Chemické porušení betonu - koroze I, II a III druhu

Biologická koroze

Koroze I. typu  Vyznačuje se vyluhováním a rozpuštěním dalších podílů hydroxidu vápenatého, Ca(OH) 2, vzniklého hydratací cementu.  a) kyselinová koroze Je reakce kyseliny s Ca(OH) 2 a s C-S-H gelem, dochází ke vzniku rozpustných vápenatých solí dle rovnice níže. Tyto bývají způsobeny průmyslovými vodami, kyselými huminové půdy, mikroorganismy a CO 2. Ca(OH) H +  Ca 2+ + H 2 O  b) alkalická koroze NaOH + Si(nebo Al)  Na 2 SiO 4 (popř. Na 3 AlO 3 )  c) koroze hořečnatými solemi Mg 2+ + Ca(OH) 2  Mg(OH) 2 + Ca 2+ (vyplavení Ca 2+ )

Koroze II. typu  Dochází ke vzniku nerozpustných sloučenin o větších objemů v pórech cementu. Tyto se hromadí se v pórech betonu a vznikají velké krystalizační tlaky a v betonu vznik prasklin, porušení struktury, celkový rozpad betonu.  a) sádrovcová koroze Ca(OH) 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O → Ca 2 SO 4 ∙2H 2 O + 2NaOH 3CaO∙Al 2 O 3 ∙H 2 O + 3Ca 2 SO 4 ∙2H2O + 20H 2 O → 3C 3 A∙3Ca 2 SO 4 ∙32H 2 O zásadité hlinitany + sádrovec → Etringit (objem zvětší se až 11 x)

b) atmosférická koroze  Je způsobena agresivními plyny v atmosféře:  CO 2 : Krystaluje za objemových změn (karbonatace betonu) Ca(OH) 2 + CO 2  CaCO 3 + H 2 O  SO 2 : Ten oxiduje vzdušným kyslíkem na CaSO 4 ∙2H 2 O, dochází k rozpadu povrchové vrstvy (sulfatace betonu). Ca(OH) 2 + SO 2  CaSO 3 ∙½H 2 O  NO X : Oxidy dusíku (NO a NO 2 ) reagují s vodou a vzdušným kyslíkem, výsledkem je roztok zředěné kyseliny dusičné. Ta má na beton korozivní účinky obdobné jako kyselina sírová. Dochází k rozpouštění povrchové vrstvy (nitrifikace betonu). Ca(OH) 2 + HNO 3  Ca(NO 3 ) 2 + H 2 O

Ochrana proti korozi  Primární – řeší se změnou v receptuře (obsah cementu, vody, druh kameniva). Vliv na trvanlivost má také technologie (snížení porozity betonu, ošetření). Je nutno zvážit i podmínky umístění betonu.  Sekundární – bývá řešena tam, kde již byla zanedbána primární ochrana. Takovou ochranou je penetrace, sanace aj. opravné práce na povrchu již vytržených betonových těles. K tomu so využívají polymerní nátěry.

Úloha č. 2 - Degradace agresivními kapalinami a plyny Experimentální část  Vyrobte 2 sady zkušebních těles o rozměrech 20x20x100 mm, vše ze stejné standardní záměsi – s použitím cementu CEM I 42,5 R, obsahem písku (0 - 2 mm) v poměru 3 : 1 na cement a vodním součinitelem 0,5. Jedna trojforma cca 250 g písku (0 - 2 mm), a 83 g cementu.  Cekem ve skupině 6 trámečků dva budou uloženy do každého z roztoků (viz Tab.) minerálních kyselin (2 + 2 vzorky) a poslední dva budou referenční, budou uskladněny v laboratoři (za sucha). Kyselé prostředí 1Kyselé prostředí 2Prostředí 3 Skupina A1 % HCl1 % H 2 SO 4 Referenčí, vzorek uložen v laboratorních podmínkách (za sucha) Skupina B3 % HCl3 % H 2 SO 4 Skupina C2 % HNO 3 2 % H 2 SO 4 Skupina D4 % HNO 3 4 % H 2 SO 4 Skupina E5 % HCl5 % H 2 SO 4

Výpočet potřebné koncentrace kyselin Úloha č. 2 - Degradace agresivními kapalinami a plyny Experimentální část

 Následující den ODFORMOVAT a uložit trámečky do nádoby s vodou.  Po 28 dnech ( ) připravte roztoky dle svého zařazení ve skupině.  Následně připravené a popsané trámečky vložte do skleněné nádoby s danou kyselinou tak, aby byla vždy 1 polovina trámečků ponořena v roztoku kyseliny a druhá polovina byla v plynech nad hladinou kyseliny. Nádobu uzavřete překrytím PE sáčku a zavažte provazem. Takto ponechte vzorky 7 dní exponovat (do ).  Po této době vzorky vyjměte, opláchněte vodou, vizuálně zhodnoťte a stanovte změnu objemové hmotnosti (po jejich expozici v kyselém prostředí), pevnost v tlaku a porovnejte v protokolu graficky pevnosti po uložení v kyselině, v jejich plynech a také referenční vzorek. Popište procesy, k čemu ve struktuře hmoty dochází.

Děkuji za pozornost Dotazy? Ne… → Přesun do laboratoří. A hurá do práce ☺