Образование

Карбонизация бетона — что это такое?

Бетон является одним из самых распространенных материалов, используемых в строительстве. Благодаря технико-физическим характеристикам его можно применять в сооружении ответственных несущих конструкций с достаточными эксплуатационными свойствами. Но и бетон не лишен слабых мест, среди которых негативные процессы карбонизации. Что это такое? Бетон, находящийся в естественной воздушной среде с углекислым газом (CO2), неизбежно контактирует с химическими кислотными элементами. Возникающие на этом фоне реакции могут отрицательно отразиться на структуре конструкции, что обуславливает потребность в контроле уровня нейтрализации материала.

Общие сведения о карбонизации

Карбонизация бетона - что это такое? - новости образования и науки на News4Smart.ru

Резкое снижение надежности бетонных конструкций может быть связано с разными факторами, большинство из которых связано с неблагожелательными окружающими условиями. Карбонизация является одной из ключевых причин, по которым происходит не только разрушение внешних защитных слоев бетонных конструкций, но и глубинные процессы деформации. К наиболее опасным последствиям можно отнести растрескивание и отслоения, а также создание условий для развития коррозии. Последнее касается железобетонных конструкций, имеющих в структуре не стеклопластиковую, а традиционную стальную арматуру.

В зависимости от характеристик воздушной среды процессы разрушения могут проявляться уже в первые месяцы эксплуатации. Поэтому так важно своевременное принятие мер по защите конструкций. Данную сферу исследования регулирует ГОСТ. Карбонизации бетона уделено внимание в документе 31384-2008, посвященном защите строительных конструкций от коррозии. В частности, приводится описание двух связанных между собой характеристик – долговечности и допустимой глубине повреждения конструкции. При этом существуют проблемы диагностики, обусловленные трудностями точного прогнозирования параметров агрессивной среды. Сложности возникают при анализе температурно-влажностного режима и степени концентрации CO2.

Карбонизация бетона - что это такое? - новости образования и науки на News4Smart.ru

Химические процессы карбонизации

Эксплуатация бетонных и железобетонных конструкций в воздушной среде сопровождается влиянием кислых газов на материал. Так как углекислый газ обычно имеет более высокую концентрацию по сравнению с другими соединениями, его влияние особенно выражено. Итак, что называют карбонизацией бетона? Это процесс нейтрализации пористого материала, при котором происходит поглощение углекислого газа, кислорода и влаги, которая содержится в воздухе. Насколько активным будет процесс карбонизации, зависит и от самого бетона, и от характеристик агрессивной среды. Ключевое значение имеет концентрация CO2, которая варьируется в среднем от 500 до 6000 мг/м3. Конструкции с наличием металлической арматуры в ходе карбонизации и на фоне плотного контакта с кислотной средой начинают корродировать, в результате чего прогрессирует и ржавчина.

В чистом виде бетон также подвергается негативным процессам карбонизации. Углекислый газ взаимодействует с клинкерными минералами и цементным камнем. Даже небольшой процент содержания CO2 в воздухе запускает реакции нейтрализации бетона. Карбонизация, происходящая в процессе взаимодействия кислоты с гидрооксидом кальция, зависит от влажности воздуха, пористости и проницаемости материала, давления и температуры. В конечном итоге подобные процессы оставляют продукты гидратного новообразования с широким спектром побочных веществ в виде глинозема, гидратированного кремнезема и оксида железа, если речь идет о металлоконструкциях.

Интенсивность течения карбонизации

Наибольшие показатели скорости карбонизации регистрируются при коэффициенте влажности воздушной среды на уровне 50-60%. Пленочная влага, наполняющая поры поверхности бетонной конструкции, по мере увеличения создает условия для негативных реакций. В то же время микрокапиллярные поры материала к этому моменту не должны быть заполнены.

И напротив, относительная влажность порядка 25% практически исключает процесс карбонизации по причине недостатка влаги. Верхний же предел, близкий к 100%, тоже неблагоприятен к данной химической реакции. Связано это с тем, что в микропорах идут процессы капиллярной конденсации пара, снижающие возможность диффузной проницаемости.

Карбонизация бетона - что это такое? - новости образования и науки на News4Smart.ru

Есть ли особенности протекания реакции внутри помещений? В данном случае можно говорить о быстрой карбонизации бетона, определение которой полностью исключает фактор периодического увлажнения материала осадками. Другое дело, что и в помещении могут иметь место факторы замедления карбонизации. Во-первых, если речь идет о местах с нормально высоким уровнем влажности (кухня, ванная). Во-вторых, плотный фактурный слой на поверхности бетонной конструкции физически препятствует интенсивному прохождению карбонизации. В условиях уличной эксплуатации такой бетон часто называют некарбонизируемым.

Понятие глубины карбонизации

Степень поглощения газов и влаги является определяющей величиной с точки зрения оценки карбонизации. На воздухе, как уже отмечалось, проникающие реакции происходят медленнее из-за регулярного насыщения бетона влагой. Например, конструкция, в которой доля цемента составляет порядка 250 гр/м3, имеет водоцементное отношение 0/60, что позволяет карбонизации за первый год эксплуатации продвигаться на 5 – 6 мм. В разрушенных конструкциях с оголенными армирующими стержнями глубина может достигать и 30 мм. В этой части стоит привести и понятие локальной карбонизации бетона, определение которой связано с учетом параметров фракции заполнителя строительного раствора. Так, локальная карбонизация превышает средние показатели поглощения поверхности конструкции на величину диаметра крупного зерна использованного цементного наполнителя. Неравномерность и само присутствие зон с повышенной поглощающей способностью объясняется нарушениями технологии приготовления цементной смеси и ее укладки. Иными словами, раствор на одних участках был заложен плотнее, чем на других.

Определение глубины карбонизации бетона

Применяются разные методы и средства для определения поврежденного слоя на поверхности бетонной конструкции. Обычно используют индикаторные тесты вкупе с карбометрическими физико-химическими способами. Количественным показателем выступит степень перехода цементного камня в форму карбоната. Эта характеристика не связана напрямую с глубиной проникновения карбонизации, однако является более точной в плане выявления поврежденного и ненадежного слоя. В строительной сфере глубина карбонизации бетона фиксируется в результате натурных обследований целевых объектов. Подобный анализ является одной из профилактических операций в общем комплексе мероприятий по техобслуживанию. В техническом задании по анализу повреждения бетонных конструкций также могут стоять смежные задачи, направленные на определение степень воздействия окружающей среды, обнаружение пустот, трещин и воздушных внутренних карманов.

Средства для оценки карбонизации бетона

Карбонизация бетона - что это такое? - новости образования и науки на News4Smart.ru

Для проведений испытаний на карбонизацию используют сосуды наподобие эксикаторов. Что касается заготовок, то в лабораторных условиях практикуется применение двух цилиндрических бетонных образцов толщиной 5 см. Материал покрывается эпоксидной смолой для полной изоляции, а затем выдерживается в эксикаторе под раствором хлорида натрия двое суток. Далее при помощи штангенциркуля повторно снимаются показатели диаметров цилиндрических заготовок. Результаты заносят в журнал с обозначением площади поверхности. На следующем этапе образцы устанавливаются в сосуды для определения кинетической зависимости при карбонизации. Бетон после проведенных испытаний легко подвергается разрушающим воздействиям. Расколов образец, можно оценить глубину проникновения раствора. Она и будет свидетельствовать о способности конкретной бетонной смеси подвергаться процессам карбонизации. Фактически таким способом выводятся значения объема СО2, который теоретически может быть поглощен конкретной маркой бетона в тех или иных условиях.

Применение фенолфталеина для оценки карбонизации

При обследовании бетонных конструкций на предмет выявления поврежденных участков часто используются маркирующие средства, наиболее популярным среди которых является раствор фенолфталеина. В кислотной среде он обретает структуру лактона и утрачивает цвет, однако при переходе в щелочную хромофорную группу появляется ярко выраженный красный или фиолетовый окрас. Как происходит определение карбонизации бетона фенолфталеином? Стандартный тестовый набор включает в себя раствор фенолфталеина объемом 1000 мл, две промывалки по 250 гр и глубиномер. Поверхность образца необходимо опрыскать приготовленной смесью и в результате снижения щелочности, которая будет вызвана процессами карбонизации, определить глубину поврежденного слоя. В комплексе с замером защитных слоев конструкции данный метод позволяет анализировать и готовность материала к противодействию процессам коррозии.

Карбонизация бетона - что это такое? - новости образования и науки на News4Smart.ru

При организации обследования будет не лишним изначально продумать тактику анализа. Возможно, потребуется использование сравнительного анализа с применением неокрашенного образца. В случае серийных испытаний бетона на карбонизацию фенолфталеиновые пробы снимаются на свежем изломе. То есть необходимо подготавливать и средства для оперативного физического разрушения структуры бетонного образца. К тому же проведение разрушающего контроля дает возможность всесторонней оценки конструкции на предмет других важных технико-эксплуатационных качеств уже измерительными инструментами иного спектра.

Методы восстановления бетона после карбонизации

Ремонт локальных участков, подверженных процессам карбонизации, может носить характер профилактической меры или выполняться в качестве капитальной реконструкции с полной заменой проблемной части сооружения. В обоих случаях придерживаются принципа восстановления и сохранения пассивного состояния бетона при карбонизации. Определение методов защиты и восстановления материала можно представить так: способы и средства, направленные на снижение способности бетона к влагопоглощению и окислению, а также техническое укрепление целевой структуры за счет физико-химической обработки. Среди основных методов выделяются следующие:

  • Наращивание толщины защитного слоя путем применения специальных грунтующих растворов.
  • Замена карбонизированного слоя с механическим удалением признаков проникания хлорид-ионов. После зачистки поверхности также применяется защитное изолирующее покрытие.
  • Восстановление щелочности бетона. Используют электрохимическое воздействие с помощью проводников с катодами. Правильно подобранные электролиты позволяют также обеспечить пассивное состояние металлической арматуры в бетоне.
  • Восстановление щелочности за счет ионной диффузии. Производится укладка высокощелочного раствора на поверхность, что позволяет стимулировать необходимый химический баланс для устойчивости материала.
Карбонизация бетона - что это такое? - новости образования и науки на News4Smart.ru

Прогнозирование карбонизации

Потребность в обследовании конструкций на предмет их защищенности от карбонизации обусловлена стремлением к предупреждению негативных процессов разрушения. Комплексное прогнозирование обычно выполняется применительно к инженерным железобетонным конструкциям, испытывающим большие нагрузки. В частности, это могут быть колонны, мосты, перекрытия и т.д. Стойкость и надежность конструкции определяется как внутренними, так и внешними факторами. Часть исходных данных, которые в последующем используются в прогнозировании, закладываются еще на этапе проектирования сооружения, когда остается возможность подбора наиболее благоприятных параметров при создании строительного раствора. Уже в ходе эксплуатации прогнозирование карбонизации бетона опирается на динамику изменения свойств материала, степень гидрации цемента и внешние условия. Например, методами неразрушающего контроля можно выяснить текущее состояние цементного камня, определив его антикоррозийную способность.

Карбонизация бетона - что это такое? - новости образования и науки на News4Smart.ru

Заключение

Наряду с древесиной бетон является одним из самых нестабильных материалов с точки зрения чувствительности к различным факторам физического и химического воздействия. Причем это касается не только отрицательных явлений. По умолчанию в естественных условиях эксплуатации цементная структура набирает прочность в течение многих лет. Противоположное значение будет иметь карбонизация бетона. Что это такое с точки зрения влияния на эксплуатационные качества конструкции? Карбонизация приводит к деградации поверхностной структуры бетона, снижая его технические качества. Но главная опасность заключается в создании условий для развития ржавчины. Поражение армирующего каркаса в системе с динамическими нагрузками может в первые же годы эксплуатации привести к полной утрате необходимых технических свойств объекта. Именно поэтому так важно своевременно производить диагностику бетона, также предпринимая меры по его защите и укреплению.

Карбонизация бетона — что это такое? — все интересные факты и достижения науки и образования на News4Smart.ru

Поделитесь ссылкой и ваши друзья узнают, что вы знаете ответы на все вопросы. Спасибо ツ

Related Articles

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Close