Карбонизация бетона что это такое
Что такое карбонизация бетона?
Карбонизация бетона – процесс, подразумевающий реакцию бетона и среды, насыщенной углекислым газом. Такое взаимодействие приводит к снижению показателей щелочности раствора, когда он находится в жидкой консистенции. Учитывая пористость строительного материала, его способность к впитыванию различных веществ достаточно высока. Такое явление не влияет на прочностные характеристики застывшей БСГ, но может стать причиной коррозии усиливающей железной арматуры, приводя к ее разрушению.
Для чего нужно определять карбонизацию?
Толщина карбонизирующего слоя – важный фактор, позволяющий рассчитать долговечность возводимой конструкции. Арматурные стержни, закрепленные в толще бетона, не склонны к разрушению при условии сохранения щелочного баланса в застывшей смеси.
Чтобы определить толщину карбонизирующего слоя, используются химические реагенты, в частности – фенолфталеин. Данное вещество при попадании на бетонную поверхность окрашивается в малиновый (розоватый) оттенок. Если цветовой индикатор отсутствует, это свидетельствует об утрате щелочного баланса в застывшем растворе. Как следствие, повышается риск отслаивания бетона от арматуры, а значит и вероятность разрушения всей конструкции.
Для повышения прочностных характеристик железобетонных сооружений и снижения риска карбонизации бетона используются специальные добавки, повышающие износостойкость и непроницаемость бетонных конструкций.
Причины карбонизации бетона и методы защиты
Одним из процессов, приводящих к порче железобетонных изделий, является карбонизация. Если окружающая среда насыщена углекислым газом, жидкий раствор вступает с ним в реакцию. Для прочности после застывания это не несет никаких последствий, но если в изделии есть металлическая арматура, она поддается коррозии, что приводит к разрушению конструкции.
Как это происходит
После того, как жидкий раствор впитал в себя углекислый газ, он становится более пористым. Из-за этого в застывшую массу легко проникает влага из воздуха. В результате в бетоне появляется известь, которая разрушает защитный слой арматуры (стальные пруты предварительно обрабатывают для обеспечения их инертности). Возникающая на арматуре ржавчина увеличивает объем металлических элементов, из-за чего повышается внутреннее напряжение, и ЖБИ разрушается. После этого процесс коррозии идет еще быстрее.
Коварство процесса в том, что коррозии подвергаются глубокие слои бетона и железная арматура внутри конструкций, что ведет к ржавлению и последующему разрыву.
Бетон – пористый материал, способный удерживать влагу в своей толще. Поэтому постоянное присутствие в окружающей среде воды способствует ускорению коррозии.
Определение карбонизации бетонных изделий
Лабораторно-экспериментальное исследование изделий на устойчивость к карбонизации выполняется при погружении образцов в щелочной раствор на определенное время, после чего их раскалывают и определяют глубину разрушительного воздействия.
Для определения дефектов на несущих конструкциях и зданиях применяют метод фенолфталеиновых маркеров. Индикатор фенолфталеин при соприкосновении с участками, где выделилось много щелочи, приобретает розоватый или фиолетовый цвет.
Защита бетонных смесей и конструкций от карбонизации
Для устранения и предотвращения проблемы применяют такие методы:
Бетонные конструкции требуют постоянного контроля над процессом карбонизации материала. Особенно это важно там, где на них воздействуют агрессивные факторы. Это касается очистных сооружений, промышленных предприятий, жилых зданий.
Ни одно строительство не обходится без бетона. Его везут с завода в автомиксере или смешивают на месте.
В любой отрасли, даже в строительстве, есть суеверия и мифы. Зачастую они вредят, дискредитируют стройматериалы и технологии.
Есть разные сведения о том, кто на самом деле первым изобрел и запатентовал железобетон. В любом случае, это произошло в 1850-1860-х годах.
Стандартная формула бетона подразумевает смешивание песка, щебенки, цемента и воды.
Самое распространенное покрытие дорог на сегодняшний день – привычный всем асфальт. Однако его использование оправдано не всегда.
Карбонизация бетона углекислым газом
Нейтрализация или карбонизация бетона углекислым газом — это процесс взаимодействия бетона с углекислым газом, в результате которого происходит образование карбоната кальция со снижением рН жидкой фазы бетона и утратой бетоном пассивирующего действия на стальную арматуру.
Образец-керн, отобранный из конструкции
Процесс карбонизации состоит из целого ряда промежуточных этапов, начинаясь с поверхности бетонной конструкции с момента ее изготовления и затухая по мере проникновения углекислого газа внутрь бетона через открытые поры.
В процессе реакций значение показателя pH поровой жидкости бетона снижается от начальной величины 12,5 до уровня ниже 9. При ограниченном доступе воздуха железо не пассивируется в щелочных растворах, имеющих рН ниже 11,3-11,8. Карбонизация бетона полностью завершается при значениях рН около 9. При таких значениях рН происходит депассивация арматурной стали (разрушение защитной пленки), в результате чего возникает опасность коррозии арматуры.
Возникновение коррозии арматурной стали
Карбонизация бетона приводит к снижению щелочности бетона, увеличению количества водородных ионов в порах, является одним из основных факторов, приводящих к возникновению коррозии арматуры, образованию трещин и последующему снижению несущей способности конструкций.
Исследование глубины карбонизации бетона сводится к определению значения pH поровой жидкости на различной глубине.
Существуют установки, с автоматическим поддержанием заданной концентрации углекислого газа, для определения диффузионной проницаемости бетона для углекислого газа, на основании данных о скорости нейтрализации (карбонизации) бетона углекислым газом.
В основном этот метод предназначен для использования при разработке технологии и проектировании составов бетона, обеспечивающих длительную безремонтную эксплуатацию конструкций в неагрессивных и агрессивных газовоздушных средах, так как образцы приготавливаются не посредственно перед испытанием, и после достижения проектного возраста помещаются в установку совместно с реагентами на 7 суток.
Оценка диффузионной проницаемости бетона по отношению к углекислому газу позволяет:
— рассчитывать период, в течение которого происходит нейтрализация защитного слоя бетона в газовоздушной среде, и оценивать долговечность железобетонных конструкций по признаку сохранности стальной арматуры;
— назначать составы и технологию изготовления бетонов для железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в атмосфере с заданным содержанием углекислого газа.
При определении карбонизации бетона на объекте строительства не всегда есть возможность отобрать образцы из конструкции, поэтому используется индикаторный метод определения рН”.
Порядок проведения испытаний:
-приготовление спиртового раствора индикатора (используется 1%-ный спиртовой раствор. 1 грамм препарата растворяют в 80 мл этилового спирта и добавляют воды до объема 100 мл);
— индикатор наносят на свежий скол бетона, произведенный на исследуемой конструкции, или на пробы порошка бетона, высверленного с различной глубины из нескольких отверстий. В интервале рН от 8,2 до 10 происходит изменение окраски индикатора от бесцветной к красно-фиолетовой. Считается, что, если в бетоне вокруг арматуры значение рН поровой жидкости уменьшается до 10, бетон теряет способность надежно защищать арматуру от коррозии и в присутствии кислорода (окислитель) и влаги воздуха (электролит) может начаться коррозия арматуры. Глубину зоны карбонизации от поверхности конструкции измеряют штангенциркулем.
Карбонизация бетона что это такое
ЗАЩИТА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ
Protection against corrosion of concrete and reinforced concrete constructions. Test methods
Дата введения 2010-07-01
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и МСН 1.01-01-96* «Система межгосударственных нормативных документов в строительстве. Основные положения»
Сведения о стандарте
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) (протокол N 34 от 10 декабря 2008 г.)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование органа государственного управления строительством
Агентство по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства
Министерство строительства и регионального развития
Департамент регулирования градостроительной деятельности Министерства регионального развития
Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве
Министерство регионального развития и строительства
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. N 891-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 31383-2008 введен в действие непосредственно в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2010 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения
ГОСТ 9.407-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида
ГОСТ 166-89 (3599-76) Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 949-73 Баллоны стальные малого и среднего объема для газов на 19,6 МПа (200 кгс/см ). Технические условия
ГОСТ 1381-73 Уротропин технический. Технические условия
ГОСТ 1770-74 (ИСО 1042-83, ИСО 4788-80) Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия
ГОСТ 2603-79 Реактивы. Ацетон. Технические условия
ГОСТ 3118-77 Реактивы. Кислота соляная. Технические условия
ГОСТ 4142-77 Реактивы. Кальций азотнокислый 4-водный. Технические условия
ГОСТ 4233-77 Реактивы. Натрий хлористый. Технические условия
ГОСТ 4234-77 Реактивы. Калий хлористый. Технические условия
ГОСТ 4328-77 Реактивы. Натрия гидроокись. Технические условия
ГОСТ 4919.1-77 Реактивы и особо чистые вещества. Методы приготовления растворов индикаторов
ГОСТ 5009-82 Шкурка шлифовальная тканевая. Технические условия
ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия
ГОСТ 7402-84 Электровентиляторы бытовые. Общие технические условия
ГОСТ 8711-93 (МЭК 51-2-84) Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 2. Особые требования к амперметрам и вольтметрам
ГОСТ 9696-82 Индикаторы многооборотные с ценой деления 0,001 и 0,002 мм. Технические условия
ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия
ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний
ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия
ГОСТ 12004-81 Сталь арматурная. Методы испытаний на растяжение
ГОСТ 12026-76 Бумага фильтровальная лабораторная
ГОСТ 12730.1-78 Бетоны. Метод определения плотности
ГОСТ 12730.5-84 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости
ГОСТ 13320-81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия
ГОСТ 13646-68 Термометры стеклянные ртутные для точных измерений. Технические условия
ГОСТ 17792-72 Электрод сравнения хлорсеребряный насыщенный образцовый 2-го разряда
ГОСТ 18105-86* Бетоны. Правила контроля прочности
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 53231-2008.
ГОСТ 18300-87 Спирт этиловый ректификованный технический. Технические условия
ГОСТ 19906-74 Нитрит натрия технический. Технические условия
ГОСТ 22266-94 Цементы сульфатостойкие. Технические условия
ГОСТ 22688-77 Известь строительная. Методы испытаний
ГОСТ 22867-77 Реактивы. Аммоний азотнокислый. Технические условия
ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия
ГОСТ 23932-90 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия
ГОСТ 24104-2001* Весы лабораторные. Общие технические требования
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 53228-2008.
ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования
ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры
ГОСТ 25706-83 Лупы. Типы, основные параметры. Общие технические требования
ГОСТ 25794.1-83 Реактивы. Методы приготовления титрованных растворов для кислотно-основного титрования
ГОСТ 25794.2-83 Реактивы. Методы приготовления титрованных растворов для окислительно-восстановительного титрования
ГОСТ 25794.3-83 Реактивы. Методы приготовления титрованных растворов для титрования осаждением, неводного титрования и других методов
ГОСТ 28574-90 Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные. Методы испытаний адгезии защитных покрытий
ГОСТ 29227-91 (ИСО 835-1-81) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Часть 1. Общие требования
ГОСТ 29252-91 (ИСО 385-2-84) Посуда лабораторная стеклянная. Бюретки. Часть 2. Бюретки без времени ожидания
ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия
ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия
Карбонизация бетона: влияние на долговечность конструкции
Прочностные характеристики бетона позволяют использовать его при строительстве несущих конструкций, которые подвержены высоким нагрузкам. Он прочен, долговечен и устойчив к перепадам температур, но, несмотря на это, бетон имеет один важный недостаток — карбонизацию.
Что такое карбонизация бетона
Это одна из самых распространенных причин разрушения бетонных и железобетонных сооружений. Этот процесс приводит к деформации поверхности и создает условия для возникновения коррозии металлической арматуры, используемой при строительстве.
Карбонизация — это процесс нейтрализации бетона под воздействием углекислого газа и влаги, поглощенных из окружающей среды. В течение этого процесса происходит постепенное изменение изначальных свойств материала — понижение щелочного баланса и образование карбоната кальция.
Общие сведения
Бетон — пористый материал, из-за чего он с легкостью впитываетСО2, который при взаимодействии с цементным камнем и клинкерными добавками, снижает щелочность жидкой фазы материала, что приводит к негативным последствиям.
Конструкции, имеющие в основании металлическую арматуру,в ходе карбонизации начинают корродировать, в результате чего появляется ржавчина, которая в свою очередь, приводит к нарушению целостности сооружения и снижению несущей способности.
Химические процессы
Процесс карбонизации начинается с момента изготовления материала и длится в течение всей эксплуатации. Происходит он следующим образом — в бетоне при контакте с воздушной средой, а именно кислотообразующими газами (углекислый газ), происходит сложная химическая реакция по превращению гидроксида кальция в карбонат кальция.
Углекислый газ проникает в поры бетонного основания и при воздействии влаги нейтрализует щелочную среду. В процессе реакции показатели рН снижаются с 12-12,5 до 9, в результате чего защитные свойства материала ослабляются, и появляется комфортная среда для развития коррозии.
Основные этапы образования ржавчины:
Насколько активным будет процесс карбонизации зависит от качества бетона и характеристик окружающей среды. Особое значение имеют следующие показатели:
В результате реакции остаются продукты гидратного образования с побочными веществами — глинозем, гидратированный кремнезем, оксид железа.
Даже малый процент углекислого газа в воздухе запускает реакцию нейтрализации бетона.
Интенсивность течения
Скорость течения процесса напрямую зависит от показателей влажности воздуха:
Недостаток влаги или ее избыток практически нейтрализуют процесс карбонизации. При минимальных значениях влаги не достаточно для начала запуска реакции, а при максимальных — снижается способность диффузной проницаемости.
Глубина карбонизации бетона
При проведении оценки надежности бетонной конструкции проводится определение глубины карбонизации. Подданным определением понимается расстояние от поверхности конструкции до границы перехода рН с кислого на щелочной.
При нормальных условиях коррозия может продвигаться вглубь на4-5 мм ежегодно или оставаться в пассивном состоянии. При наличии разрушенных участков или оголенной арматуры процесс ускоряется и может достигать 20 — 30 мм в год.
Как определить степень карбонизации бетона
Степень и глубина может определяться разными методами, например:
Чаще всего применяют тесты индикаторного типа в сочетании с карбометрическими физико-химическими способами.
Для выявления поврежденного участка вычисляется степень перехода бетона в форму карбоната, а для определения глубины процесса проводятся обследования объекта, в ходе которых используют колориметрический метод — нанесение 0,1% спиртового раствора фенолфталеина.
Средства для оценки
Лабораторные исследования по измерению степени карбонизации проводят в несколько этапов:
Применение фенолфталеина
Раствор фенолфталеина используется в качестве индикаторного теста для выявления поврежденных участков и глубины проникновения коррозии.
Поверхность смачивается бесцветным 0,1% раствором фенолфталеина и по изменению его оттенка измеряется степень проникновения. Пробы снимаются только на свежем сколе.
При наличии щелочной среды (рН>8,3) бесцветный раствор меняет цвет на малиновый,в кислотной среде (рН).
Способы восстановления бетона
Есть два основных способа защиты и восстановления бетонной поверхности — это снижение способности бетона к окислению и влагопоглощению и укрепление конструкции путем физико-химической обработки.
Замедлить процесс можно при применении специальных защитных покрытий, которые имеют хорошие показатели водопроницаемости и отличаются высокими коэффициентами сопротивления к диффузии углекислого газа — полиуретановые, акриловые и эпоксидные смолы, силиконы, силоксаны и т.п.
Для замедления процесса используется подщелачивание бетона, выполняется оно двумя способами:
Эти методы замедления процесса карбонизации являются профилактическими. В качестве же капитальной меры производится полное удаление и замена дефектной части — поврежденные слои снимаются, тщательно зачищаются, затем поверхность обрабатывается изолирующим покрытием.
Прогнозирование карбонизации
Для предупреждения возникновения разрушения будущей постройки проводится комплексное обследование конструкции.
Первоначальное прогнозирование происходит на этапе проектирования.
Прогнозирование опирается на следующие данные:
На основе полученных данных проводится обследование конструкции и последующее прогнозирование, которое позволяет определить текущее состояние бетона и его антикоррозийные свойства.
Преимущества карбонизации
Процесс приводит к изменению изначальных свойств бетона, и несмотря на то, что он создает условия для коррозии арматурных конструкций, у него есть несколько преимуществ:
Карбонизация не влияет на прочность и долговечность бетонных сооружений, она оказывает пагубное влияние только на арматуру.
Карбонизация — частая причина разрушения построек из бетона, она снижает технические свойства материала, приводит к деформации поверхности, а самое главное — создает условия для возникновения коррозии стальных элементов конструкции.
Важно проводить прогнозирование и своевременную диагностику поверхности, чтобы в случае возникновения опасности принять меры по укреплению сооружения и замедлению процесса окисления бетона.