3. Стабільність води і методи її визначення

3.1. Визначення рівноважного і агресивного со2

Воду називають стабільною, якщо під час контактування з бетонними і металевими поверхнями вона не змінює свого хімічного складу. Згідно з Державним стандартом, стабільною вважають воду, яка не розчиняє кальцію карбонат і з якої він не виділяється.

Найчастіше причиною нестабільності води щодо бетону є агресивний карбону(IV) оксид.

У природних водах встановлюється динамічна хімічна рівновага між різними формами СО₂, яку за наявності іонів Кальцію виражають рівнянням

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О  Са²⁺ + 2НСО₃^–. (16)

Константу рівноваги цієї системи виражають рівнянням

(17)

Концентрації та – величини сталі, тому їх об’єднують з константою рівноваги К, тоді

(18)

де – константа рівноваги.

Із наведеного рівняння (18) випливає, що гідрогенкарбонат-іони можуть перебувати у природних водах тільки за присутності вільного СО₂. Причому певному вмісту іонів НСО₃^– відповідає певна кількість вільного СО₂, яку називають рівноважною – . Її можна розрахувати за величиною константи рівноваги. Для розведених розчинів за температури 25⁰С = 3,43·10^–5, якщо концентрації і виражені в екв/дм³. Якщо ж результати аналізу води виражені в мекв/дм³, то = 34,3.

Концентрацію рівноважного СО₂ ( ммоль/дм³) визначають за формулою

(19)

Порівнюючи вміст у воді з розрахунковою величиною, формулюють висновок про стабільність води.

За умови, якщо

,

воду називають стабільною. Якщо вміст вільного СО₂ не дорівнює вмісту рівноважного − вода нестабільна. Нестабільність води може бути двоякою. Якщо рівновага реакції (16) зміщується ліворуч, що спричиняє осадження кальцію карбонату. Таку воду називають схильною до відкладення кальцію карбонату.

Якщо рівновага реакції (16) зміщується праворуч– відбувається розчинення кальцію карбонату. Таку воду називають агресивною. У цьому разі надлишок карбону(ІV) оксиду (СО_2агр) спричиняє корозію металевих і бетонних споруд.

Для розрахунку агресивного СО₂ найчастіше використовують таблиці Леманна і Реусса (табл. 3). Початковими даними для розрахунку є результати визначення (мг/дм³) і загальної лужності Л_заг (мекв/дм³).

Вміст агресивного карбону(ІV) оксиду (,мг/дм³) розраховують за формулою

, (20)

де g – сума гідрогенкарбонатного і агресивного СО₂, мг/дм³.

Значення g пов’язане з сумарним вмістом вільного і гідрогенкарбонатного СО₂, мг/дм³. Сумарний вміст вільного і гідрогенкарбонатного СО₂ (S) визначають з одержаних експериментальних результатів, а значення g – з табл.3

. (21)

Приклад. Визначити стабільність води, якщо аналізом встановлено, що = 44мг/дм³; =122мг/дм³; = 80мг/дм³; а Л_заг = 2 мекв/дм³.

Спочатку розраховують вміст рівноважного СО₂. Для цього результати аналізу перераховують у ммоль/дм³ :

;

Таблиця 3

Дані для розрахунку агресивного карбону(IV) оксиду

S	g	S	g	S	g	S	g	S	g
1	1	45	43,0	89	77,3	133	104,3	177	126,2
2	2	46	43,9	90	78,0	134	104,8	178	126,6
3	3	47	44,7	91	78,7	135	105,4	179	127,0
4	4	48	45,6	92	79,3	136	105,9	180	127,5
5	5	49	46,5	93	80,0	137	106,5	181	127,9
6	6	50	47,3	94	80,8	138	106,9	182	128,4
7	7	51	48,2	95	81,4	139	107,5	183	128,6
8	8	52	49,0	96	82,1	140	108,1	184	129,2
9	9	53	49,0	97	82,7	141	108,6	185	129,7
10	10	54	50,7	98	83,3	142	109,1	186	130,2
11	11	55	51,5	99	84,0	143	109,6	187	130,6
12	12	56	52,4	100	84,6	144	110,2	188	131,0
13	13	57	53,2	101	85,3	145	110,7	189	131,4
14	13,9	58	54,0	102	85,9	146	111,2	190	131,9
15	14,9	59	54,8	103	86,5	147	111,7	191	132,3
16	15,9	60	55,7	104	87,2	148	112,2	192	132,7
17	16,9	61	56,5	105	87,6	149	112,5	193	133,2
18	17,8	62	57,2	106	88,4	150	113,2	194	133,7
19	18,8	63	58,1	107	89,1	151	113,7	195	134,0
20	19,8	64	58,8	108	89,7	152	114,2	196	134,4
21	20,8	65	59,6	109	90,4	153	114,7	197	134,8
22	21,7	66	60,4	110	90,9	154	115,3	198	135,2
23	22,7	67	61,2	111	91,6	155	115,8	199	135,7
24	23,7	68	62,0	112	92,2	156	116,3	200	136,0
25	24,6	69	62,8	113	92,8	157	116,6	210	141,6
26	25,6	70	63,5	114	93,4	158	117,3	220	145,6
27	26,5	71	64,3	115	94,0	159	117,6	230	149,8
28	27,5	72	65,0	116	94,6	160	118,1	240	153,8
29	28,4	73	65,8	117	95,1	161	118,6	250	157,5
30	29,4	74	66,5	118	95,8	162	119,1	260	161,2
31	30,3	75	67,3	119	96,3	163	119,6	270	164,9
32	31,2	76	68,0	120	97,0	164	120,1	280	168,5
33	32,2	77	68,8	121	97,6	165	120,6	290	171,9
34	33,1	78	69,5	122	98,1	166	121,0	300	175,3
35	34,0	79	70,3	123	98,6	167	121,5	310	178,8
36	34,9	80	71,0	124	99,2	168	122,0	320	182,1
37	35,9	81	71,7	125	99,8	169	122,5	330	185,0
38	36,8	82	72,4	126	100,4	170	123,0	340	188,3
39	37,7	83	73,1	127	100,9	171	123,4	350	191,3
40	38,6	84	73,8	128	101,5	172	123,9	360	194,2
41	39,5	85	74,5	129	102,1	173	124,3	370	197,3
42	40,3	86	75,2	130	102,6	174	124,7	380	199,9
43	41,2	87	75,9	131	103,2	175	125,2	390	202,8
44	42,1	88	76,5	132	103,7	176	125,7	400	205,7

Тоді

або =0,23 · 44 = 10,12 мг/дм³.

На основі отриманих результатів розрахунку можна зробити попередній висновок, що вода агресивна щодо бетону, оскільки рівноважна концентрація _.= 10,12 мг/дм3, а вміст у воді = 44мг/дм³, тобто >

Кількість агресивного СО₂ розраховуємо за даними, наведеними у табл. 3. Порядок користування таблицею такий:

1) визначаємо суму вільного і гідрогенкарбонатного СО₂:

S = + Л_заг·22 = 44 + 2·22 = 88 мг/дм³;

2) Знаходимо значення g, яке відповідає S = 88 мг/дм³ (табл. 3): g = 76,5 мг/дм³;

3) Розраховуємо вміст агресивного СО₂ (мг/дм³)

= g – Л _заг·22 = 76,5 – 2·22 = 32,5 мг/дм³.

Відтак вміст у досліджуваній воді вільного СО₂ становить 44 мг/дм³, рівноважного – 10,12 мг/дм³ і агресивного – 32,5 мг/дм³. Слід звернути увагу на те, що кількість агресивного СО₂ не дорівнює різниці між СО₂ вільним і рівноважним, а завжди відрізняється від неї (32,5 < (44 – 10,12)). Це пояснюється тим, що частина розчиненого СО₂ переходить у рівноважний під час утворення кальцію гідрогенкарбонату.