Degradace stavebních nekovových materiálů Chemická analýza

Degradace stavebních nekovových materiálů Chemická analýza Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D1045 224 354 688, [email protected] http://tpm.fsv.cvut.cz

Obsah Degradace stavebních hmot – –

Degradace fyzikální, chemická, a biologická Degradace stavebních materiálů a možnosti ochrany před degradací Kovy Hliněné pojivo Kamenivo Sádra Vápenné pojivo Beton Keramika Sklo Plasty

–

Ochrana proti degradaci

Analytická chemie – – – – –

Odběr vzorků a jejich příprava k analýze Kvalitativní analýze Kvantitativní analýza Chyby chemických stanovení Zpracování a interpretace výsledků zkoušek

Degradace stavebních materiálů Degradace = rozrušování materiálu fyzikálně chemickým působením vnějšího prostředí→ znehodnocení materiálu Vzniklé škody : ztráty materiálu náklady na opravu zkorodovaného zařízení ztráty vzniklé přerušením provozu závodu atd.

životnost konstrukcí - v přímé vazbě s trvanlivostí materiálů V praxi se snažíme průběh korozních dějů zpomalit, zastavit či omezit.

Degradační působení Vnitřní: – –

Chemické a mineralogické složení materiálu Změna pórovitosti

Vnější: – – –

Fyzikální – zatížení a vibrace, nárazy, eroze abrazí a kavitací, změny a rozdíly teplot, vlhkostní změny Chemické – korozívní vody, atmosféra, anorganické roztoky, organické sloučeniny Biologické – mechanické působení rostlin, chemické působení produktů životních pochodů živočichů, mikrobiologické působení

Fyzikální degradace materiál vystaven působení různých sil a tlaků (vně i uvnitř porézní struktury materiálů) → poškození struktury vznik sil a jimi vyvolanými tlaky souvisí se změnami teploty, působením vody a vodných roztoků solí, vznikem nových minerálů, mechanickými vibracemi a abrazí povrchu

Chemická degradace mění se chemické složení materiálů nebo některé jeho složek reakcí s okolím (nečistoty z atmosféry, ze vzlínající vody, metabolické produkty živých organismů, nevhodné konzervátorské zásahy apod.) výsledkem probíhající chemické koroze - změna barvy, objemu a hlavně rozpustnosti napadené složky

Vliv teplotních změn –

stavební materiál představuje většinou heterogenní soustavu, jejíž jednotlivé složky se mohou lišit

–

jednou z heterogenních vlastností je právě změna objemu jako odezva na změnu teploty → dáno schopností jednotlivých složek absorbovat teplo jejich koeficientem teplotní roztažnosti v důsledku zahřívání povrchu materiálu (slunce, požár, atd.) dochází k šíření tepla do vnitřní struktury hmoty – vznik teplotního gradientu mezi povrchem a vnitřkem hmoty → rozdílné koeficienty teplené roztažnosti a teplotní gradient mezi povrchovými a vnitřními vrstvami vedou ke vzniku pnutí na rozhraní jednotlivých částic, krystalů → vznik trhlin –→

pokles pevnosti, růst pórovitosti, zvětšení povrchu materiálu – snížení odolnosti proti působení vody, vodných roztoků solí atd. objemové změny vlivem teploty nejsou zcela reversibilní

Vliv vody pórovité stavební materiály obsahují vždy určité množství vody, která je v rovnováze s vlhkostí prostředí, tzv. rovnovážná vlhkost – závisí na vlastnostech materiálů, na teplotě a vlhkosti prostředí voda volná – pohyb vlivem gravitace a kapilárních sil voda vázaná na stěny porézního prostoru – snížená pohyblivost molekul vody (při poklesu pod 0°C nemrzne) Mechanismy degradace vlivem vody: poškození mrazem – při přechodu z kapalného do pevného skupenství se objem vody zvyšuje cca o 10% - porušení krystalizačními tlaky ledu voda představuje nebezpečí jako rozpouštědlo a transportní medium některých škodlivých látek (hlavně soli) voda urychluje nebo přímo ovlivňuje chemické reakce na povrchu pórů voda podporuje existenci živých organismů (lišejníků, řas, apod.) látky obsažené ve vodě rozrušují zdivo, kovy atd.

→ obecně je možné říci, že i poměrně vysoký obsah vody ve stavebním materiálu je méně škodlivý, než jeho změny (dokonce i při celkově malém množství vlhkosti)

Mechanismus působení solí krystalizace solí hydratace solí → krystalizační a hydratační tlaky (10-100 MPa) hygroskopická nasákavost výkvěty a výluhy Schematické znázornění nárůstu krystalů v porézním prostoru:

pro stavební materiály jsou nejvíce nebezpečné soli, které mění své formy během běžných klimatických podmínek – síran sodný, uhličitan sodný, dusičnan vápenatý

Vliv ovzduší vzduch obsahuje kromě základních složek také vodní páru, oxidy síry, dusíku, uhlovodíky a další plyny a částice pevných látek jako produkty živých organismů, sopečných erupcí, průmyslových procesů, činnosti spalovacích procesů apod. pevné částice a kapky kapalin unášené vzduchem jsou součástí aerosolu – mlha, prach Velice důležitým faktorem pro degradaci stavebních materiálů je také obsah oxidu uhličitého (CO2) – důsledek spalování fosilních i recentních paliv, výroba cementu 1t PC = 1t CO2 Vymývání plynných exhalátů deštěm → zředěné roztoky kyselin → kyselé deště (pH<4) Nejohroženější uhličitany ve vápencích, dolomitech, mramorech, opukách, vápenných maltách a omítkách – nevratně působí sírany, siřičitany, dusičnany a dusitany, vratně uhličitany (tzv. krasové jevy, místní koroze) Korozní produkty rozpustnější → rozpuštěny a odplaveny Napadány i živce, sloučeniny Fe a Cu → charakteristické zabarvení → skvrny na omítkách Abraze - na korozi stavebních materiálů se podílejí i pevné částice ze vzduchu (anorganické i organické)

Biologická koroze jevy vyvolané či podmíněné živými organismy – jejich působení se ve své podstatě projevuje jako koroze: fyzikální - např. vrůstání kořenů nebo houbových vláken do substrátu chemická - rozpuštění substrátu kyselinami

tzn. vznikem tlaků, působících na materiál nebo chemickou přeměnou některé ze složek

Vliv živých organizmů Bakterie – optimální podmínky 10%RH, 5-35°C, sirné, nitrifikační, zdrojem S a N prach, trus, půda, voda Řasy – barevné povlaky Houby – mechanické poškození, produkují organické kyseliny Lišejníky - mechanické poškození, produkují organické kyseliny Vyšší rostliny - mechanické poškození, produkují organické kyseliny Ptactvo – vybírají vápenná zrna, ucpávání okapů, větracích a ventilačních systémů, trus koroduje chemicky Hlodavci – vyžírání izolací, zdí, trus

Fyzikální, chemická i biologická koroze probíhají současně a podporují se → nutná komplexní ochrana.

Koroze stavebních materiálů Kovy Hliněné pojivo Kamenivo Sádra Vápenné pojivo Beton Keramika Stavební sklo Plasty

Koroze kovů Kovy v přírodě ve formě chemických sloučenin – stabilní forma Koroze kovů – analogie přírodních dějů → snaha kovu přejít do stálého stavu – vznikají korozní produkty Kov s prostředím může být ve stavu: Imunity – reakce není možná, např. Au, Pt Pasivity – reakce je možná, vznikající korozní produkty mají ochranný charakter → velmi pomalá koroze, např. korozivzdorné oceli, Ti Aktivity – reakce možná, produkty neochrání → značná rychlost koroze, např. ocel

Koroze: – –

Chemická – především v plynném prostředí (kyslík ve vzduchu) za vysokých teplot Elektrochemická – působení kovů a elektrolytů (voda, roztoky solí, taveniny solí) Anodový (oxidační) a katodový (redukční) proces

Typy koroze: – – –

Rovnoměrná – stejnoměrný úbytek kovu po celém povrchu, nejrozšířenější Nerovnoměrná – napadání části materiálu, bodová (Al), důlková (ocel), laminární (Cu), krystalová (ocel, není viditelná na povrchu!!) Selektivní – slitiny (odzinkování mosazi)

Ochrana kovů před korozí Aktivní – elektrochemická Pasivní – nanášení ochranných povrchů: –

Galvanizace – Ni, Cr, Cd, Zn, 0,012mm

–

Difúzní způsob – vystavení plynům CrCl2 za vysokých teplot

–

Smalty

–

Organické povlaky – laky, plasty, živice, ochranné fólie

Degradace hliněného pojiva Hlavní příčina koroze – voda: déšť rozmývá a odplavuje materiál vzlínající voda způsobuje botnání jílových částic → ucpání pórů

Nadměrné vysušení – sprašování a vydrolování materiálu Cicváry – uhličitan vápenatý rozložený výpalem na oxid Krystalizující soli → destrukce zdiva Mechanismus koroze: Krystalizace solí Mrazové škody Hydrolýza sklovité matrice – pomalá, ale nelze jí zabránit

Degradace kameniva Vyvřelé –

křehké, praská

–

chemicky velmi odolné

Usazené –

snadno hydratuje

–

méně odolné zvětrávání Opuka – nadměrné sušení způsobuje mechanické poškození Pískovec – odolnější proti působení vody a kyselých axhalátů Vápenec – koroduje kyselými látkami, málo mechanicky odolné

Přeměněné (matamorfované) mramor

Degradace materiálů na bázi sádry Zatvrdlá sádra neodolá působení vody - v jemných kapilárách dochází ke kondenzaci a následnému rozpouštění sádrového pojiva, to je transportováno a tvoří krusty rozpouštění bude intenzivnější, bude-li voda u povrchu sádry obměňována

Citlivá na vyšší teploty: >40°C dehydratace >110°C rozklad sádra působí korozně na kovy – je-li vlhká (při RH > 60%) obsahuje roztok Ca2(SO4) (pH 5), při této vlhkosti dochází ke korozi železa a hliníku, které jsou v kontaktu se sádrou (rezavé skvrny na povrchu sádry)

Ochrana sádry proti korozi pro zvýšení odolnosti sádry proti vlhkosti je nezbytné použít hydrofobizátory – hydrofobizace –

vnitřní - vmíchání do sádrové kaše

–

vnější - nátěrem na povrchu

vlastnosti sádry lze ovlivnit vodním součinitelem s použitím plastifikátorů odolnost sádry lze zvýšit přidáním polymerů

Degradace materiálů s vápenným pojivem 1. působení agresivního oxidu uhličitého CaCO3 + CO2 + H 2O → Ca 2+ + 2 HCO32− - reakce je vratná

- HCO3 je vysoce rozpustný ve vodě a může být z materiálu vyplaven – ochuzení materiálu o pojivo – překročení hranice soudružnosti – rozpad materiálu - tato reakce probíhá v přírodě ve vápencových a dolomitických pohořích a je podstatou krasových jevů

2. působení oxidu siřičitého –

s vodou vytváří kyselinu siřičitou

–

může dojít také k jeho oxidaci na SO3, z kterého vznikne kyselina sírová

–

obě kyseliny reagují s uhličitanem vápenatým

CaCO3 + H 2 SO3 → CaSO3 + CO2 + H 2O CaSO3 + 1/ 2 H 2O → CaSO3 ⋅1/ 2 H 2O

CaCO 3 + H 2 SO 4 → CaSO 4 + CO 2 + H 2 O CaSO 4 + 2 H 2 O → C aSO 4 ⋅ 2 H 2 O –

konečný produkt (sádrovec) má velký molární objem a jeho krystalizací může docházet k rozpadu materiálu

3. působení oxidů dusíku NOx -oxid dusnatý NO se snadno oxiduje na oxid dusičitý NO2, který s vodou vytváří směs kyseliny dusité a dusičné

2 NO + O 2 → 2 NO 2 2 NO 2 + H 2 O → HNO 2 + HNO 3 CaCO3 + 2 HNO3 → Ca ( NO3 ) 2 + CO2 + H 2O vzniklý dusičnan vápenatý je dobře rozpustný a nemá pojivé vlastnosti – může být vyplaven dešťovou vodou, často také může hydratovat za nárůstu molárního objemu

Degradace betonu pro pochopení korozních procesů betonu je nezbytné se zaměřit na degradaci jeho jednotlivých složek: cement ve formě produktů hydratace - Ca(OH)2, hydratované křemičitany, hlinitany a železitany vápenaté kamenivo – reaktivní formy, amorfní SiO2, dolomit atd. voda - nesmí obsahovat látky ovlivňující hydratační reakce cementu a korozi výztuže

Komplikované vzájemně se překrývající procesy doprovázené fyzikálními účinky. Fyzikální koroze: –

vlivy mechanické, teplotní, vlhkostní

–

mechanické porušování betonu souvisí s nárazy, třením a proudící vodou (abraze, eroze a kavitace) – tyto děje porušují cementový tmel a dochází tak k jeho postupnému odstraňování a obnažování kameniva, které se může z betonu uvolnit

Porušení betonu vlivem nízkých a vysokých teplot: –

působení nízkých teplot – krystalizační tlaky ledu

–

při teplotách nad 150°C se začínají rozkládat produkty hydratace cementu (postupně se uvolňuje vázaná voda) a dochází k poklesu pevnosti betonu (min. pevnost při teplotě 800°C – v závislosti na typu cementu

Chemická koroze I. druhu – rozpouštění a vyluhování Těžce rozpustné sloučeniny přechází na lehce rozpustné → vyplavovány. Především vyluhování a rozpouštění Ca(OH)2 vzniklého hydratací cementu → snižuje se koncentrace hydroxidových iontů OH- Stupeň napadení závisí na druhu, koncentraci a síle kyseliny, také pH >12 –

CaCOa3 +hořečnatých 2 NH 4OH →iontů Ca (OH ) 2 CO3 + ( NH 4přechodnou Měkká voda - vody s nízkým obsahem vápenatých – s) 2nízkou tvrdostí 2+ (vody říční, rybniční, srážkové) → vyluhují Ca

–

Kyseliny uhličitá – přebytečná → vyluhuje Ca2+ CaCO3 + 2 NH 4Cl → CaCl + ( NH 4 ) 2 CO3

–

Amonné soli –

–

Oleje, tuky – obsahují slabé kyseliny

při úplném vyloužení Ca(OH)2 dojde ke snížení koncentrace OH→ snížení stability hydratovaných slínkových minerálů – v konečné fázi mohou vzniknout amorfní nepojivé sloučeniny SiO2, Al2O3, Fe2O3→ snížení pevnosti a soudržnosti s výztuží k tomuto typu koroze dochází např. u vodních staveb

Chemická koroze II. druhu – tvorba výkvětů je způsobena výměnnými reakcemi mezi složkami cementového tmelu zahrnuje reakce agresivního CO2, hydroxidů, kyselin, hořečnatých a amonných solí → sloučeniny (rozpustné, nerozpustné), které nemají vazebné vlastnosti → po odpaření vody na povrchu nebo reakcí s CO2 → bílé až špinavě žluté krystalické nebo amorfní výkvěty Lze odstranit mechanicky (okartáčování, omytí), chemicky (zředěnou HCl) Ochrana – nátěrem, impregancí

Obecně lze reakci portlanditu s kyselinou zapsat: Ca(OH)2 + 2H+ → Ca2+ + 2H2O Reakce jednotlivých kyselin: 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 Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3-

Chemická koroze III. druhu – rozpínání betonu •porušování betonu vlivem tvorby objemných sloučenin •rozpínání – síranové (sádrovcové, sulfátové), vápenaté, hořečnaté a alkáliové •hlavní podíl vzniku této koroze představují sírany, které reagují s Ca(OH)2 a vytvářejí málo rozpustný síran vápenatý – sádrovcová koroze Ca(OH)2 + SO42- → CaSO4 ·2H2O + 2 OHvznik sádrovce je spojen s nárůstem objemu o 17% → dochází k zaplnění pórů cementového gelu a za vhodných vlhkostních a teplotních podmínek může dojít k rekrystalizaci (tlaky Mpa) •sádrovec reaguje s hydratovanými i nehydratovanými alumináty a způsobuje sulfoaluminátovou korozi, např.: 3CaO · Al2O3 · 6H2O + 3 (CaSO4 ·2H2O) + 19 H2O→ 3CaO · Al2O3 · CaSO4 ·32 H2O vzniká málo rozpustný ettringit, který tvoří jehlicovité krystaly – molární objem je 2.65 x větší než molární objem původních látek !!! ettringit vzniká až v zatvrdlém betonu, na rozdíl od ettringitu, který je příčinou zpomalení hydratace cementu a vzniká v plastické směsi čerstvého betonu

•Rozpínání: •Vápenaté •Hořečnaté •Alkáliové •Vznikají kruhové, bílé výkvěty, odprýskání betonu, síťové trhliny

Chemická koroze cementového tmele plynným agresivním prostředím plyny kyselého charakteru – CO2, SO2, NO2, HCl, H2S, HF ostatní plyny (NH3, Cl2) reakce složek cementového tmele s kyselými plyny = neutralizace nejlépe prostudovaným korozním procesem plynnými látkami je reakce s CO2 – karbonatace ve stavební praxi je zvykem zahrnovat pod pojmem karbonatace veškeré neutralizační reakce kyselých plynů s betonem Etapy: 1. Neutralizace hydroxidu vápenatého → CaCO3 krystaly v pórech a kapilárách (u dostatečně hutných betonů konec – utěsnění pórů) 2. Zreaguje veškerý hydroxid vápenatý → klesá pH na 9 → koroze výztuže 3. Překrystalování – velké vyvinuté krystaly v pórech a kapilárách → krystalizační tlaky → pokles pevnosti 4. Silné překrystalování – v praxi řídce, ztráta soudržnosti

Chemická koroze cementového tmele působením CO2 z ovzduší v běžném ovzduší se vyskytuje oxid uhličitý v koncentraci 0.038 obj. % → 746 mg CO2 v 1 m3 vzduchu – těsně při zemi je však koncentrace CO2 několikanásobně vyšší (přírodní, průmyslové, zemědělské a komunální zdroje), CO2 je 1,53 x těžší než vzduchu CO2 neutralizuje Ca(OH)2 až do jeho úplného vyčerpání a snížení pH roztoku na 8.3 – negativní vliv na ochranu výztuže z hlediska koroze Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O CO2 reaguje také s dalšími hydratačními produkty cementu – s vápenatou složkou CSH a CAH se tvoří nejprve jemnozrný kalcit a termodynamicky nestálé formy CaCO3 (vaterit, aragonit), které později rekrystalizují na velké krystaly kalcitu CxSyHz + CO2 + H2O → CaCO3 (kalcit, vaterit, aragonit → kalcit) + SiO2·H2O CxAHz + CO2 + H2O → CaCO3 (kalcit, vaterit, aragonit → kalcit) + SiO2·H2O + Al(OH)3 (gibbsit)

Parametry ovlivňující rychlost karbonatace: relativní vlhkost vzduchu – ovlivňuje vlhkost v pórech betonu - při RH < 30% je rychlost karbonatace zanedbatelná koncentrace CO2 v okolí druh cementu složení betonu a technologie jeho výroby – ovlivňuje zásadně jeho porézní strukturu, vnitřní povrch porézního prostoru

Působení SO2 na cementový tmel sulfatace betonu vlivem působení SO2 je korozní děj, který není plošně významný a setkáme se s ním pouze místně SO2 neutralizuje Ca(OH)2:

Ca(OH)2 + SO2 + H2O → CaSO3 · 1/2 H2O + 11/2H2O CaSO3 · 1/2 H2O + O2 + 3 H2O → 2CaSO4 · 2H2O konečným produktem působení SO2 je tedy sádrovec, případně může vznikat ettringit 3CaO · Al2O3 · 3 CaSO4 · 31 H2O nebo monosulfát 3CaO · Al2O3 · 3 CaSO4 · 12 H2O !!! Všechny korozní produkty působení SO2 mají větší molární objem než látky, ze kterých vznikly → působení vysokých tlaků na vnitřní strukturu betonu – degradace funkčnosti

HCl - tvoří s vodou kyselinu chlorovodíkovou, která neutralizuje hydroxid vápenatý a rozkládá hydratační produkty cementového slínku na rozpustné chloridy CaCl2, AlCl3, FeCl3 a gel SiO2 · H2O

Ca(OH)2 + 2 HCl + H2O → CaCl2 + 2 H2O HF - tvoří s vodou velmi agresivní kyselinu fluorovodíkovou, která neutralizuje hydroxid vápenatý za vzniku nerozpustného CaF2 Ca(OH)2 + 2 HF + H2O → CaF2 + 2 H2O !!! vyšší koncentrace HF mohou napadat CSH a CAH gely za vzniku fluorokomplexů, které nemají vazebné vlastnosti

NOx

- komplex oxidů, z nichž především NO2 vytváří s vodou kyselinu dusitou (HNO2) a dušičnou (HNO3) - korozní působení poté spočívá v reakci H+ iontů, které neutralizují Ca(OH)2

Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H2O

a dále dochází k rozkladu hydratačních produktů cementu za vzniku gelu SiO2 · nH2O

NH3

- s vodou vytváří hydroxid amonný NH4OH – není škodlivý pro beton, ale pokud se z něho vytvoří působením kyselin amonné soli, dojde k uvolnění plynného amoniaku za vzniku vápenatých solí bez vazebných vlastností

Koroze výztuže v betonu Pórový roztok pH = 12 Pokles pH na 9,5 → rezivění 2Fe+1,5 H2O → 2FeO(OH) →

odprýskání betonu od výztuže

•

Koroze ocelové výztuže:

•

•

Chemická – působení kyselin

•

Elektrochemická

•

Bludnými proudy

Ochrana: •

Pozinkování – již se nepoužívá

•

Katodická ochrana

Koroze výztuže v betonu Skleněná výztuž: –

Reaguje s hydroxidy → rozpouští se

–

Alkalivzdorná vlákna s obsahem ZrO2 na povrchu lubrikované

Organická syntetická výztuž: –

Alkalivzdorná

–

Špatná adheze k cementové metrici

Organická přírodní výztuž: –

Různá odolnost vůči hydroxidům Celulóza a hemicelulóza resistentní Sisal, juta, agave degradují

Ochrana betonu před korozí Vnitřní: –

zvýšení odolnosti použitím vhodného cementu

–

přídavkem hydrofóbních látek

Vnější (povrchová): –

Impregnace – silikony, vodní sklo, epoxidy

–

Povrchová úprava – izolační fólie, asfaltové lepenky, PVC fólie, fluátování

–

Nátěry a obklady – odolné omítky, keramické obklady, torkretování (cement+písek+voda) na povrch betonu

Keramika Výborná odolnost vůči chemikáliím, kromě HF, hydroxidy pomalu rozpouští povrch Při vysokých teplotách reaguje s oxidy, sírany a uhličitany Al2O3 odolný, při vysokých teplotách reaguje s kyselými a zásaditými oxidy Ochranná glazura – nepropustná pro kapaliny Žárovzdorné výrobky – velice odolné, korodují roztavenou struskou, popílkem, tekutými plyny

Stavební sklo Chemicky odolné, kromě HF Kyseliny - výměna iontů v povrchové vrstvě Hydroxidy – napadají siloxanové vazby Skla odolná proti HF – na bázi fosforečnanů a hlinitanů

Plasty Obecně velice odolné Degradace závisí na: Složení plastu Korozním prostředí – záření, teplota, vlhkost, působení kyslíku

Skupiny: –

– –

Fyzikální vlivy – teplota, dlouhodobé mechanické namáhání, světlo, radiace → změna barvy, lesku, vznik trhlin, zhoršení mechanických a elektrických vlastností Biologické vlivy – napadení mikroorganismy (plísně), používají plast jako živnou půdu Chemické a fyzikálně-chemické vlivy – uvnitř hmoty, rozrušení vazeb, porušení ochranné funkce plastu

→ látka proniká do struktury a váže se → botnání → látka proniká do struktury a reaguje → změna chemického složení

Ochrana proti korozi Vhodný výběr materiálu – hledisko výrobní, mechanických vlastností, známých podmínek prostředí Úprava struktury a složení materiálu – tepelným zpracováním lze odstranit pnutí a nehomogenní strukturu Vhodná konstrukce výrobku a správná kombinace materiálů – snadnost odstraňování usazenin na konstrukcích, plochy na styku s korozním prostředím nejlépe oblé, bez dutin a přechodů, snadnost aplikace povrchové ochrany Úprava korozního prostředí – např. odstranění vlhkosti Mechanická úprava povrchu – čím jemnější povrch tím odolnější Ochranné povlaky – anorganické i organické

Obsah Odběr vzorků a jejich příprava k analýze Základy kvalitativní analýzy Základy kvantitativní analýzy Chyby chemických stanovení, zpracování a interpretace výsledků zkoušek

Odběr vzorků a jejich příprava k analýze Vzorek – část hmotného objektu (materiálu), ze kterého lze vyvodit závěry o vlastnostech celku. Způsob odběru a úpravy závisí na fyzikální povaze analyzovaného materiálu. Pravidla odběru a úpravy dána technickými normami, nebo smluvně dohodnuta. Správné vzorkování časově, materiálově i finančně náročné. Dává se přednost odběru vzorku při pohybu hmoty. Velikost vzorku se řídí: Poměrným zastoupením sledované složky ve vzorku Pracovním rozsahem použité analytické metody Minimálním obsahem složky s ohledem na mez detekce Typem materiálu a jeho homogenitou Zvláštní pozornost vyžadují materiály hygroskopické a oxidující V některých případech nutno zajistit sterilitu odběru

Odběr plynů a kapalin Předpokládá se homogenita → odběr jednoduchý: –

Plyn pomocí vzorkovacích pipet obsahu 200-2 000 ml

–

Kapaliny plynule nebo přerušovaně ze vzorkovacích ventilů potrubí stáčením z cisteren odběry z různých hloubek nádrží a promíchání

Složitější odběr nehomogenních či nemísitelných kapalin a suspenzí – závisí na cíli

Odběr vzorků tuhých materiálů ☺

Homogenní – kovy a slitiny Nehomogenní → zjištění průměrného složení nebo složení vybraných lokalit Reprezentativní vzorek -

obsahuje všechny součásti ve stejném hmotnostním nebo objemovém poměru, tak jak jsou přítomny v celém materiálu.

Jak získat reprezentativní vzorek? Kovy a slitiny – vrtání, pilování, stříhání, odmaštění pilin a hoblin Pozor na segregaci slitin. Heterogenně kusové materiály – odběr základního vzorku o hmotnosti až 2% z celkové hmotnosti materiálu → rozdrcení drtiči na zrna asi 20 mm → promíchání → kvartace Sypký jemnozrnný materiál - vzorkovače

Laboratorní vzorek se rozdělí: 1.

Dodavatel

2.

Odběratel

3.

Zkušebna

4.

Zapečetění pro případ rozhodčí analýzy

Uchovávání vzorků Skleněné, kovově, plastové dobře uzavíratelné obaly Během skladování nesmí dojít ke kontaminaci. Některé vzorky nelze skladovat – např. vodu

Úprava vzorků k analýze Způsob úpravy závisí na požadované informaci a použité analytické metodě. Nedestruktivní analytické metody – úprava není nutná, nebo mechanicky. Převedení vzorku do roztoku. Destruktivní analýza – převedení do roztoku a chemická přeměna → nevratné změny. Prekoncentrační (obohacovací) postupy – zkoncentrování stanovovaných složek za účelem zvýšení jejich relativního zastoupení ve vzorku.

Analýza Analysis – rozbor, rozklad Synthesa – skládání Třídění podle: – – – – –

množství vzorku – mikro a makroanalýza přístupu ke vzorku – destruktivní, nedestruktivní rozlišení metod stanovení – na suché, na mokré cestě metody – chemické, instrumentální náročnosti na jejich správnost a přesnost – polokvantitativní, provozní, rozhodčí, vědecké

Volba vhodné metody: – – –

Jakému účelu analýza slouží Přípustná chyba stanovení Obsah stanovované složky

Základy kvalitativní analýzy Zjištění fyzikálních vlastností vzorku Předběžné zkoušky na suché cestě – plamenové, tepelný rozklad, perličková zkouška Převod látky do roztoku – kolorimetrická zkouška, srážení, rozklad Rozbor – důkaz kationtů a aniontů

Základy kvantitativní analýzy Vážková (gravimetrie) Odměrná (titrace)

Speciální – elektroanalytické, elektrochemické, chromatografické – kvali i kvantitativní analýza současně

Chyby chemických stanovení Metody matematické statistiky – objektivní posouzení přesnosti souboru výsledků → ohodnotit, jak se jednotlivé výsledky navzájem shodují Nejpravděpodobnější odhad – aritmetický průměr naměřených hodnot Správnost – rozdíl mezi aritmetickým průměrem a skutečnou hodnotou Přesnost (vzájemná shoda) – vyloučení odlehlých výsledků Chyba měření: Hrubá Soustavná (systematická) – ovlivňuje správnost Náhodná – ovlivňuje přesnost

Literatura •Hennig, O. Lach V., Chemie ve stavebnictví, Praha, SNTL, 1983. • Wasserbauer, R., Biologické poškození staveb, Praha, ABF, 2000. • Rovnaníková P., Rovnaník P., Křístek R., Stavební chemie, Modul 3, Degradace stavebních materiálů a chemie kovů, CERM, 2005. • Balík a kolektiv, Odvlhčování staveb, Grada Publishing a.s.., 2005. • Kotlík P. a kolektiv, Stavební materiály historických objektů – materiály, koroze, sanace, Vydavatelství VŠCHT, Praha, 1999. • Rovnaníková P., Omítky, Chemické a technologické vlastnosti, Praha, STOP, 2002.