Úloha č. 1 - Degradace kyselinami – vliv cementového pojiva CJ007 – Trvanlivost stavebních materiálů Ing. Magdaléna Kociánová 2017

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+ → Ca2+ + H2O Vznikají sírany, chloridy, dusičnany vápenaté či hlinité.

Reakce konkrétních kyselin a Ca(OH)2 Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4∙2H2O Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O 3Ca(OH)2 + 2H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6H2O Ca(OH)2 + 2HF → CaF2 + 2H2O   Kyselé prostředí 1 Kyselé prostředí 2 Prostředí 3 Skupina A 0,5 M HCl 0,3 M H2SO4 Referenčí, vzorek uložen v laboratorních podmínkách (za mokra) Skupina B 0,8 M HCl 0,5 M H2SO4 Skupina C 0,6 M HNO3 1,0 M HCl Skupina D 1,2 M HNO3 0,8 M H2SO4 Skupina E 1,0 M HNO3 0,6 M H2SO4

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 - 1 500 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 zkušebních těles (3 zkušební tělesa od každé cementové směsi) Následující den ODFORMOVAT a uložit zkušební tělesa do nádoby s vodou.

Úloha č. 1 - Degradace kyselinami – vliv cementového pojiva Experimentální část K dispozici máte koncentrované roztoky všech tří kyselin: HCl (36%): r = 1,19 g · cm3 HNO3 (65%): r = 1.5129 g · cm3 H2SO4 (98%): r = 1,832 g · cm3 𝒎 𝟏 𝒘 𝟏 ∙ 𝒎 𝟐 𝒘 𝟐 =( 𝒎 𝟏 + 𝒎 𝟐 )∙𝒘 𝟑 Výsledné roztoky: r = 1,000 g · cm3

Úloha č. 1 - Degradace kyselinami – vliv cementového pojiva Experimentální část Následně připravené a popsané zkušební tělesa vložte do skleněné nádoby s danou kyselinou tak, aby bylo zkušební těleso zcela ponořeno v roztoku kyseliny. Nádobu uzavřete překrytím PE fólií a utěsněte lepicí páskou. Takto ponechte vzorky 7 dní exponovat. 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.

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

Úloha č. 2 - Degradace agresivními kapalinami a plyny CJ007 – Trvanlivost stavebních materiálů Ing. Magdaléna Kociánová 2017

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 CO2. Ca(OH)2 + 2 H+  Ca2+ + H2O b) alkalická koroze NaOH + Si(nebo Al)  Na2SiO4 (popř. Na3AlO3) c) koroze hořečnatými solemi Mg2+ + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + Ca2+ (vyplavení Ca2+)

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 + Na2SO4 + 2H2O → Ca2SO4∙2H2O + 2NaOH 3CaO∙Al2O3∙H2O + 3Ca2SO4∙2H2O + 20H2O → 3C3A∙3Ca2SO4∙32H2O zásadité hlinitany + sádrovec → Etringit (objem zvětší se až 11 x)

b) atmosférická koroze Je způsobena agresivními plyny v atmosféře: CO2: Krystaluje za objemových změn (karbonatace betonu) Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O SO2: Ten oxiduje vzdušným kyslíkem na CaSO4∙2H2O, dochází k rozpadu povrchové vrstvy (sulfatace betonu). Ca(OH)2 + SO2  CaSO3∙½H2O NOX: Oxidy dusíku (NO a NO2) 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 + HNO3  Ca(NO3)2 + H2O

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.

Referenční, vzorek uložen v laboratorních podmínkách 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 zkušebních těles, dvě 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 1 Kyselé prostředí 2 Prostředí 3 Skupina A 0,3 M HCl 0,1 M H2SO4 Referenční, vzorek uložen v laboratorních podmínkách (za sucha) Skupina B 1,0 M HCl 0,3 M H2SO4 Skupina C 0,3 M HNO3 0,2 M H2SO4 Skupina D 0,6 M HNO3 0,4 M H2SO4 Skupina E 1,5 M HCl 0,5 M H2SO4

Úloha č. 2 - Degradace agresivními kapalinami a plyny Experimentální část K dispozici máte koncentrované roztoky všech tří kyselin: HCl (36%): r = 1,19 g · cm3 HNO3 (65%): r = 1.5129 g · cm3 H2SO4 (98%): r = 1,832 g · cm3 𝒎 𝟏 𝒘 𝟏 ∙ 𝒎 𝟐 𝒘 𝟐 =( 𝒎 𝟏 + 𝒎 𝟐 )∙𝒘 𝟑 Výsledné roztoky: r = 1,000 g · cm3

Úloha č. 2 - Degradace agresivními kapalinami a plyny Experimentální část Následující den ODFORMOVAT a uložit zkušební tělesa do nádoby s vodou. Po 28 dnech připravte roztoky dle svého zařazení ve skupině. Následně připravené a popsané zkušební tělesa vložte do skleněné nádoby s danou kyselinou tak, aby byla vždy 1 polovina zkušebních těles 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. 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 Děkuji za pozornost Dotazy? Ne… → Přesun do laboratoří. A hurá do práce ☺