Визначення стабільності води по відношенню до бетону

Теоретичний вступ

Всі форми карбонатної кислоти у воді пов’язані карбонатно-кислотною рівновагою:

L L L

Основна карбонатна система природних вод при середніх значеннях рН: Н₂О + СО₂ L Н₂СО₃ L Н + НСО₃^-. Вона має буферні властивості і забезпечує постійність рН природних вод. Для прісних природних вод найважливішим чинником, який формує хімічний склад води, є карбонатно-кальцієва система СаСО₃ + СО₂ + Н₂О L Са(НСО₃)₂. Від стану рівноваги між елементами цієї системи залежить процес розчинення або нагромадження карбонатних порід.

Якщо у воді є одночасно вільна карбонатна кислота та гідрогенкарбонати, то в стані рівноваги певному вмісту гідрогенкарбонат-йонів відповідає певна кількість вільної карбонатної кислоти, яку називають рівноважною. Якщо вміст вільної карбонатної кислоти буде більший за той, що відповідає стану рівноваги Са²⁺+2НСО₃^- < СО₂+СаСО₃+Н₂О, то відповідно до принципу Ле Шательє частина вільної карбонатної кислоти буде взаємодіяти з кальцій карбонатом і переводити його в гідрогенкарбонат. Надлишок вільної карбонатної кислоти над рівноважною називають агресивною карбонатною кислотою. Коли вміст у воді вільної карбонатної кислоти менший за рівноважний з гідрогенкарбонатами Са²⁺+2НСО₃^- > СО₂+СаСО₃+Н₂О, то рівновага зсувається вправо. Утворюється вільна карбонатна кислота і карбонат-йони. Надлишок карбонат-йонів взаємодіє з йонами Са²⁺ з утворенням важкорозчинного кальцій карбонату.

Води, в яких існує основна карбонатна рівновага, називають стабільними. Вони не змінюють свого складу при контакті з карбонатами.

Води, які містять надлишок вільної карбонатної кислоти над рівноважною, називають агресивними. Такі води руйнують карбонатні складові. Агресивна дія цих вод виражається в розчиненні кальцій карбонату та кальцій гідроксиду за рівняннями

L ,

Води, які містять надлишкову кількість (над рівноважною) гідрогенкарбонатів, тобто мають підвищену лужність, називають нестабільними. Карбонатна рівновага в таких водах зміщена в напрямку розкладання гірогенкарбонатів. При наявності йонів Са²⁺ та Mg²⁺ в нестабільній воді відкладаються кальцій та магній карбонати.

Для визначення стабільності води по відношенню до бетону використовують метод карбонатних досліджень. Нестабільність води характеризують зміною кількості зв’язаної карбонатної кислоти після контакту досліджуваної води з кальцій карбонатом.

Якщо вода стабільна, то в ній не буде розчинятися кальцій карбонат. Якщо вода агресивна, то прореагує з кальцій карбонатом, і деяка кількість СО₂ зв’яжеться в кальцій гідрогенкарбонат:

L

Отже, кількість зв’язаної карбонатної кислоти після контакту агресивної води з кальцій карбонатом збільшиться. Якщо кількість зв’язаної карбонатної кислоти при цьому зменшиться, то вода була перенасичена кальцій карбонатом.

Значення показника стабільності води виражають у вигляді дробу, чисельником якого є кількість зв’язаної карбонатної кислоти досліджуваної води, а знаменником – кількість зв’язаної карбонатної кислоти після насичення води кальцій карбонатом

Якщо: К_СТ=1 – вода стабільна;

К_СТ.>1 – вода схильна до відкладання СаСО₃ ;

К_СТ.<1 – вода агресивна.

Експериментальна частина

У дві колби ємністю 0,5 л вливають по 400 мл досліджуваної води, в кожну з них всипають по 15 г порошкоподібного кальцій карбонату, закривають гумовими корками і збовтують протягом години. Потім обережно зливають з осадів воду в інші колби, відбирають по 100 мл відстояної води і визначають в них вміст зв’язаної карбонатної кислоти (лабораторна робота №16). Окрім того, визначають вміст зв’язаної карбонатної кислоти у досліджуваній воді в природному стані, а потім за формулою розраховують показник стабільності і роблять висновок.

Результати дослідів представити в табличній формі за зразком:

№ з.п.	, мл	, мл	, ммоль-екв/л	ХПОЧ., мг/л	ХНАС, мг/л	КСТ
Сер.

Запитання для самоконтролю

1. Яку карбонатну систему називають рівноважною, а яку – агресивною?

2. Які води називають стабільними, нестабільними, агресивними?

3. Як визначають показник стабільності (К_СТ.)?

4. Які значення має К_СТ., якщо вода стабільна, нестабільна, агресивна?

ІІІ. РОЗРАХУНКОВІ РОБОТИ

РОЗРАХУНКОВА РОБОТА №1.