Лабораторная работа №1

Тема: Изучение растворимости цементного камня.

Общие сведения

Коррозия цемента I вида протекает за счет растворения и выноса соединений, определяющих прочность связей цементного камня. При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный гидроксид кальция (Са(ОН)₂), образовавшийся при гидролизе ЗСаО•SiO₂ (C₃S) и 2СаО•SiO₂ (C₂S), содержание которого в цементном камне через 1 - 3 месяца твердения достигает 10-15%, а растворимость при обычных температурах— 1,3 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность. Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором. Коррозия I вида протекает в воде с малым содержанием солей (бикарбонатов не более 1,4 мг•экв/л) и характерна для бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических, мелиоративных и других сооружений. Интенсивность процесса выщелачивания зависит от проницаемости бетона и минералогического состава цемента.

Для повышения водостойкости цемента в пресных и сульфатных водах в него вводят активные минеральные добавки. Активными минеральными или гидравлическими добавками называют природные и искусственные материалы, которые при смешивании их в тонкоизмельченном виде с воздушной известью придают ей свойства гидравлического вяжущего вещества, а в смеси с цементом повышают его водо- и сульфатостойкость. Активные минеральные добавки бывают природные и искусственные. К первым относятся осадочные породы: диатомиты, трепелы, опоки и глиежи, также вулканические породы – пеплы, туфы, пемзы, трассы, а ко вторым – доменные гранулированные шлаки , топливные золы и шлаки, искусственно обожженные глинистые материалы и кремнеземные отходы. Все эти добавки в порошковом состоянии при затворении водой не затвердевают.

Данные о сравнительной устойчивости компонентов цементного камня к растворяющему действию воды должны быть положены в основу оценки устойчивости бетона на портландцементах различного минерального состава к коррозии I вида.

Цель работы: Определить оптимальную концентрацию активной минеральной добавки (АМД) для предотвращения коррозии I вида. В качестве АМД может использоваться трепел, диатомит, аморфный кремнезем, шлак и др

Оборудование: Фарфоровая ступка, пипетки, эксикатор, сито 0,08 мм, колбы емкостью 250 мл, фильтровальная бумага, воронка, магнитные мешалки, конические колбы.

Ход работы

Для выполнения цели работы, студенты проводят работу с цементным камнем определенного состава, изготовленным при постоянном водоцементном отношении (В/Ц).

В ходе эксперимента исследуются три образца с определенным количеством АМД (шлак):

1 образец – с цементным камнем без добавок;

2 образец – с цементным камнем с добавкой 30 % шлака;

3 образец – с цементным камнем с добавкой 60 % шлака.

Цементный камень одного возраста перед началом работы должен быть высушен до постоянной массы, и храниться в эксикаторе с плотно притертой крышкой.

Студенты растирают цементный камень соответствующего состава в фарфоровой ступке, а полученный порошок просеивает через сито с сеткой 0,08 мм. Три пробы порошка, прошедшего через сито, массой по 1 г помещают в конические колбы емкостью 250 мл, в которые наливают по 150 мл дистиллированной воды. Суспензия цементного порошка взбалтывается на магнитных мешалках в течение 5, 15, 30 и 45 минут (для каждой колбы соответствующая продолжительность перемешивания). Через указанные промежутки времени суспензия фильтруется, после чего колба, фильтр и воронка промываются 50 мл дистиллированной воды. Из полученного раствора отбирают по 50 мл в три колбы для титрования. Оставшийся раствор используется для определения рН.

Титрование производится для определения концентрации ионов Са²⁺ в растворе, вследствие растворения гидроксида кальция и гидросиликатов кальция. Для определения концентрации ионов Са²⁺ используется комплексно-метрический метод с применением в качестве индикатора мурексида (аммонийная соль пурпуровой кислоты). Метод основан на способности трилона Б образовывать с ионами Са²⁺ в щелочной среде в присутствии мурексида малодиссоциированного комплекса.

При проведении эксперимента используются следующие реактивы:

– 0,1 Н раствор трилона Б. Для его приготовления берут один фиксанал трилона Б на 1 л раствора, 18,612 г двуводной соли трилона Б (Na₂C₁₀H₁₄O₈N₂•2H₂O) или 16,811 г безводной соли трилона Б (Na₂C₁₀H₁₄O₈N₂);

– индикатор (1 г мурексида и 93 г NaCl растирают в ступке). Для предотвращения разложения мурексида под действием влаги его хранят в эксикаторе с плотно притертой пробкой;

– 2 Н раствор NaОН;

– дистиллированную воду.

Для проведения титрования в коническую колбу емкостью 250 мл отбирают пипеткой 50 мл раствора, добавляют 50 мл дистиллированной воды. Затем прибавляют 2 мл 2 Н раствора NaОН, 0,03 - 0,05 г сухой смеси индикатора и медленно титруют раствором трилона Б при энергичном перемешивании до перехода окраски от красной до лиловой, не изменяющейся при дальнейшем прибавлении трилона Б.

Расчет концентрации ионов кальция проводится по формуле:

С(Са²⁺) = [2,33 N_тр V_тр Э(Са²⁺)]/ V(Са²⁺),

где С(Са²⁺) – концентрация ионов кальция в растворе в г/л;

N_тр – нормальность стандартного раствора трилона Б;

V_тр – объем стандартного раствора трилона Б, пошедшего на титрование, мл;

Э(Са²⁺) – грамм-эквивалент кальция (20);

V(Са²⁺) – объем раствора, взятого для титрования (50 мл).

Полученные результаты заносятся в табл. 1 и по ее значениям строится график изменения концентрации ионов Са²⁺ от времени; делается вывод об изменении скорости растворения цементного камня во времени.

Таблица 1 - Результаты определения содержания Са²⁺ и рН в растворе

Время растворения цементного камня, мин	рН раст­вора	Определение концентрации Са2+					Nтр		SN =Σ		CV = SN/ С(Са2+)
		№ опыта	Vтр	С(Са2+)
5		1
		2
		3
15		1
		2
		3
30		1
		2
		3
45		1
		2
		3

Результаты определения, полученные по всем трём образцам, заносятся в табл.2, по данным которой строится диаграмма изменения концентрации ионов кальция в растворе и рН раствора в зависимости от количества шлака в цементном камне.

Таблица 2 - Изменения содержания Са²⁺ и рН в растворе в зависимости от количества шлака

№ звена	АМД, % от массы цемента	Результаты определений после перемешивания в течение
		5 мин		15 мин		30 мин		45 мин
		С(Са2+), г/л	рН	С(Са2+), г/л	рН	С(Са2+), г/л	рН	С(Са2+), г/л	рН
1	0
2	30
3	60

Контрольные вопросы:

1. Какие виды коррозии цемента вам известны?

2. Охарактеризуйте коррозию I вида.

3. Какой компонент цементного камня растворяется первым.

4. В каких водах процесс растворения протекает быстрее?

5. От чего зависит интенсивность процесса выщелачивания?

6. Как можно снизить скорость протекания коррозии I вида?