Úloha č. 3 – Účinnost nátěrových hmot a jejich využití jako ochrana proti degradaci betonu CJ007 – Trvanlivost stavebních materiálů Ing. Magdaléna Kociánová 2018

Cíl cvičení Cílem cvičení je odzkoušet vliv nátěrových hmot jako ochranné vrstvy na betonech zvyšující trvanlivost maltových hmot v různých degradačních prostředích. Těmito budou roztoky solí a organických kyselin.

Hodnocení nátěrových hmot Pro zhotovení kvalitní protikorozní ochrany musí být respektována řada pravidel (od konstrukčního uspořádání, výběru vhodného protikorozního systému až k nutnosti dodržování všech aplikačních podmínek). Řadu vlastností nátěrů a povlaků lze zjistit pomocí normovaných zkušebních metod. Zkušební metody zahrnují postupy hodnocení všech technologických kroků protikorozní ochrany (od hodnocení vstupních materiálů až po hodnocení zhotovených povlaků). Systematicky prováděné hodnocení průběhu a kvality povrchových úprav napomáhá předcházení vad, přispívá k dosažení požadované životnosti protikorozních opatření a v neposlední řadě snížení nákladů na jejich opravy a obnovu.

Vlastnosti nátěrových hmot Vlastnosti v tekutém stavu výtoková doba, rozmíchatelnost, objemová i hmotnostní sušina Vlastnosti ve fázi přeměny v nátěr zasychání nátěru Fyzikálně-mechanické vlastnosti zaschlého nátěru tvrdost nátěru, přilnavost nátěru, tloušťka, pórovitost, odolnost při hloubení, úderu, ohybu, lesk, barevný odstín Ochranné vlastnosti vytvrzeného povlaku korozní odolnost

Hodnocení nátěrových hmot Vizuální hodnocení rovnoměrnost, odstín, kryvost, tahy po štětci, tloušťka,… a defekty jako jsou nenatřená místa, vrásnění, kráterky, puchýřky, odlupování, trhlinky a stékání

Hodnocení nátěrových hmot Destruktivní/nedestruktivní hodnocení - splnění následujících charakteristik suchého filmu ČSN EN ISO 2808 - Nátěrové hmoty - Stanovení tloušťky nátěru ČSN EN ISO 2409 - Nátěrové hmoty - Mřížková zkouška ČSN EN ISO 4624 - Nátěrové hmoty - Odtrhová zkouška přilnavosti

ČSN EN ISO 2808 - Nátěrové hmoty - Stanovení tloušťky nátěru Podstata zkoušky Tloušťka nátěrů má vliv na výsledky zkoušek mechanické, chemické a povětrnostní odolnosti. Je základní zkouškou, která se nedá nikdy zanedbat. Tloušťka nátěrů se udává v mikrometrech. Stanovení tloušťky MOKRÉHO FILMU Povrch podkladu je v kontaktu s částí měřicí přístroje přes vrstvu povlaku, a povrch povlaku je současně nebo následně v kontaktu s jinou částí přístroje. Tloušťka mokrého filmu je rozdíl výšky mezi těmito dvěma kontaktními body, který může být přímo odečten.

ČSN EN ISO 2808 - Nátěrové hmoty - Stanovení tloušťky nátěru Stanovení tloušťky SUCHÉHO FILMU – optickou metodou U stanovení tloušťky suchého nátěru optickou metodou se v povlaku zhotoví řez s definovanými rozměry pomocí řezného nástroje v přesném úhlu k povrchu. Tloušťka povlaku (t) se vypočítá z rovnice: T = b · tanα kde b je zobrazená poloviční šíře řezu (od okraje k podkladu), stanovená pomocí mikroskopu; α je úhel řezu

ČSN EN ISO 2409 - Nátěrové hmoty - Mřížková zkouška Podstata zkoušky Podstatou metody je zhotovení řezu ve tvaru mřížky do nátěru a vizuální hodnocení stavu nátěru podle stupnice. Zkušební metoda tak určuje odolnost nátěru vůči oddělení od podkladu, kdy nátěr je proříznut mřížkou k podkladu. Ačkoliv vlastnost změřená touto empirickou metodou závisí mimo jiné na přilnavosti nátěru k podkladovému kovu, nelze tento postup považovat za měření přilnavosti. Provádění zkoušky Zkouška se provádí (za konstantních podmínek: 23 °C, relativní vlhkost vzduchu 50 %) speciálním řezacím nožem, který vyřízne v nátěru rýhy, nejdříve v jedno směru na ploše nátěru. Počet řezů v každém směru mřížky je 6. Stejně se postupuje při kolmém směru na první řez. Zkouška se provede na 3 různých místech. Na zhotovenou mřížku se nalepí lepící páska, která se následně sloupne.

Vyhodnocení zkoušky Vzhled vytvořené mřížky na lepící pásce se hodnotí podle následující stupnice: stupeň 0 - řezy jsou hladké, žádný čtverec není poškozen stupeň 1 - nepatrné poškození v místech, kde se řezy kříží, poškozená plocha nesmí přesahovat 5 % stupeň 2 - nátěr je nepatrně poškozen podél řezů a při jejich křížení, povrch mřížky smí být poškozen o více než 5 % a méně než 15 % celkové plochy stupeň 3 - nátěr je poškozen v rozích řezů, podél řezných hran částečně, nebo celý, na různých místech mřížky, poškození je větší než 15, ale menší než 35 % stupeň 4 - na nátěru jsou velké změny v rozích řezů a některé čtverečky jsou částečně nebo zcela poškozeny, plocha mřížky je poškozena z více jak 15 %, ale méně než 65 % stupeň 5 - změny, které jsou větší než u stupně 4.

ČSN EN ISO 4624 – Nátěrové hmoty - Odtrhová zkouška přilnavosti Podstata zkoušky Zkouška stanoví přilnavost jednovrstvých nebo vícevrstvých nátěrů, změřením minimálního tažného napětí, potřebného k oddělení nebo odtržení nátěru kolmo od podkladu. Výsledkem zkoušky je minimální tahové napětí, které se musí vynaložit k roztržení nejslabší mezifáze (adhezní lom), nebo nejslabší složky (kohezní lom) zkušebního uspořádání. Při zkoušce se mohou vyskytnout oba typy lomů, adhezní i kohezní. Postup zkoušky Hodnocený povlak a panenku je třeba předem zdrsnit brusným papírem, odmastit, nepatrné množství lepidla se rozmíchá a nanese rovnoměrně na styčnou plochu panenky. Panenka se poté tlakem přilepí na zkoušené místo. Vytlačené lepidlo se odstraní, dodrží se doba potřebná k vytvrzení lepidla. Poté se prořízne povlak okolí panenky a opěrným kroužkem se přesvědčí o správném přilepení panenky. Na panenku se nasadí přístroj (vnější prstenec), nastaví stupnice na nulu a pomalu otáčí kolečkem ve směru hodinových ručiček, napětí se zvyšuje rychlostí nepřevyšující 10 MPa∙s, kolmo k rovině natřeného podkladu tak, aby došlo k roztržení zkušebního uspořádání do 90 s od počátku nárůstu napětí (při přetržení se ozve hlasité bouchnutí). Odečte se hodnota a ihned po zkoušce uvolní tlak v pružině povolením kolečka.

ČSN EN ISO 4624 – Nátěrové hmoty - Odtrhová zkouška přilnavosti Vyhodnocení Provedou se nejméně 3 stanovení. Pro referenční účely se provádí nejméně 5 stanovení. Odtrhová pevnost v [MPa] pro všechna zkušební uspořádání je dána vztahem: kde E je odtrhová síla v [N]; d je průměr válečku Charakteristika lomu a vyhodnocení A adhezní lom v podkladu A/B adhesní/kohezní mezi podkladem a prvním nátěrem B kohezní lom prvního nátěru B/C adhezní lom mezi prvním a druhým nátěrem -/Y adhezní lom mezi vrchním nátěrem a lepidlem Y kohezní lom v lepidle Y/Z adhezní lom mezi lepidlem a zkušebním válečkem

Referenční, vzorek uložen v laboratorních podmínkách Úloha č. 3 - Účinnost nátěrových hmot a jejich využití jako ochrana proti degradaci betonu Experimentální část Vyrobte 2 sady zkušebních těles o rozměrech 20x20x100 mm, vše ze stejné standardní směsi – s použitím cementu CEM I 42,5 R, obsahem písku (0 – 2 mm) v poměru 3 : 1 na cement a vodní součinitel 0,5. Cekem ve skupině 6 trámečků (2 budou uloženy do každého z roztoku solí či kyseliny (2+2) a poslední dva budou referenční).   Prostředí 1 Prostředí 2 Prostředí 3 Skupina A 5 % CaCl2 5 % Na2SO4 Referenční, vzorek uložen v laboratorních podmínkách (za sucha) Skupina B 5 % Ca(NO3)2 5 % K2SO4 Skupina C 5 % KNO3 5 % (NH4)2SO4 Skupina D 5 % kys. octová 10 % Na2SO4 Skupina E 5 % kys. šťavelová 5 % NH4NO3

Úloha č. 3 - Účinnost nátěrových hmot a jejich využití jako ochrana proti degradaci betonu Experimentální část Následující den ODFORMOVAT a uložit trámečky do stand. lab. prostředí při teplotě (20±2) °C. Po 7 dnech polovinu vzorků opatřete ochranným nátěrem na bázi polymerní disperze a ponechte min. 1 den vyschnout. Poté připravené vzorky vložte do roztoků solí a organických kyselin. Ponechte 14 dní exponovat. Po této době vzorky vyjměte, opláchněte vodou, vizuálně zhodnoťte a stanovte změnu hmotnosti, objemovou hmotnost, pevnost v tahu ohybem, pevnost v tlaku a porovnejte v protokolu graficky s referenčním vzorkem. V závěru popište procesy, ke kterým ve struktuře hmoty došlo.

Úloha č. 4 – Celkové množství chloridů v cementové pastě podle normy EN 196-2 CJ007 – Trvanlivost stavebních materiálů Ing. Magdaléna Kociánová 2018

Cíl cvičení Cílem cvičení je představení měření celkového obsahu chloridů v cementové pastě, dle normy EN 196-2.

Chloridy v cementové pastě Chloridové ionty v betonu - kontaminanty z použitých vstupních surovin, příp. z okolního prostředí. Značně ovlivňují ocelovou výztuž v ŽB k-cích. Při hydrataci za zvýšené zásaditosti (pH~13) dochází ke vzniku pórů ve struktuře hmoty. V takovýchto podmínkách je pasivní film oxidu γFe2O3 aktivován přes povrch ocelových výztuží, jež jsou do betonu vloženy. Beton – porézní materiál → ocelová výztuž nemůže být v čase stabilní. Nejdůležitější agresivní prostředky – oxid uhličitý a chloridové ionty (kritická koncentrace). Ocelový povrch prutu – anoda, pasivní povrch – katoda. Friedlova sůl (3CaO∙Al2O3∙CaCl2∙10H2O).

Úloha č. 4 - Celkové množství chloridů v cementové pastě podle normy EN 196-2 Experimentální část Vyrobíte jedno těleso o rozměrech (40 x 40 x 160 mm). Použitý cement je CEM II/B-M 32,5 R, v/c = 0,5. Následující den ODFORMOVAT a uložit na 2 dny do vodní lázně. Poté těleso vytáhnete a necháte uložené ve stand. lab. prost. při teplotě (20 ± 2) °C. Následující cvičení natřete celý povrch vzorku, kromě jedné strany, ochranným epoxidovým nátěrem. Poté uložíte vzorek do roztoku chloridových iontů o koncentraci 3,5 % NaCl. Po sedmi dnech na straně vzorku bez nátěru vyvrtejte 6 otvorů o hloubce 5 a 10 mm. Získaný cementový prach ze všech otvorů smíchejte (prach bude sloužit k následující analýze). Stanovíte množství chloridových iontů metodou nepřímé titrace. Stanovíte profil chloridových iontů a vypočtete jejich difúzní koeficient.

Úloha č. 4 - Celkové množství chloridů v cementové pastě podle normy EN 196-2 Experimentální část - Titrace Za míchání a zahřívání plně rozpusťte odvážené množství (cca 5g) z každého práškového vzorku cementu v připraveném roztoku 50 ml destil. vody a 50 ml zředěné kys. dusičné (1:2 - HNO3:H2O). Po dosažení teploty varu pokračujte s varem po 1 minutu a poté přidejte 10 ml 0,1-M AgNO3. Pokračujte s varem po 1 minutu, poté roztok zfiltrujte. K roztoku přidávejte zředěnou kys. dusičnou (1:100 - HNO3:H2O), až do celkového objemu 200 ml. Roztok ochlaďte na cca 25 °C a přidejte 5 ml roztoku indikátoru NH4Fe(SO4)2∙12H2O. Pomocí titrace za intenzivního míchání s roztokem 0,1-M NH4SCN stanovte celkový obsah chloridů v centovém prášku. Konec titrace je indikován přechodem barvy na tmavě červenou.

Úloha č. 4 - Celkové množství chloridů v cementové pastě podle normy EN 196-2 Experimentální část - Titrace Vypočtěte celkový obsahu chloridů (jako podíl hmotnosti cementu) přes rovnici: kde: ΔV = VAgNO3 - VNH4SCN MBCl = 35,5 g/mol m: hmota vzorku prášku s každé hloubky [g]

Výpočet difuzního koeficientu chloridů Úloha č. 4 - Celkové množství chloridů v cementové pastě podle normy EN 196-2 Experimentální část – Výpočet difuzního koeficientu chloridů Výpočet difuzního koeficientu chloridů Šíření chloridových iontů je určené podle druhého Fickova zákonu, za předpokladu, je-li uvažován fenomenologický přístup.

Úloha č. 4 - Celkové množství chloridů v cementové pastě podle normy EN 196-2 Experimentální část Závěr: Své výsledky vyplňte do následující tabulky Tab. 1 a zodpovězte na otázku: „Je druhý Fickův zákon způsobilý s výsledky vašich koncentrací chloridů a proč?“