Карбонизация бетона что это
Карбонизация бетона — что это такое и как определить его глубину, а так же восстановить бетон
Ухудшение эксплуатационных свойств конструкций из бетона может объясняться массой факторов. В большинстве случаев они связаны с негативным воздействием окружающей среды, из-за которых происходит карбонизация бетона. Подобный процесс способствует деформации защитных поверхностей объекта и запускает его глубинное разрушение.
Общие сведения о карбонизации
Характер разрушительных явлений и время их появления зависят от внешних условий. Так, иногда следы деформации видны уже через пару недель с момента заливки бетонной смеси. Чтобы избежать их, нужно вовремя задействовать все меры по защите объекта.
Химические процессы
Любые конструкции из бетона или железобетона подвергаются воздействию кислых газов. При этом углекислая среда характеризуется большей концентрацией, поэтому она приводит к более разрушительным последствиям.
При наличии армированных элементов в конструкции они подвергаются коррозийным процессам и образованию ржавчины. Чистая бетонная смесь тоже карбонизируется, поскольку воздействие углекислого газа распространяется на цементный песок и клинкерные добавки.
При минимальном содержании CO2 в атмосфере происходят процессы нейтрализации, а их степень определяется влажностью воздуха, давлением и температурой.
Интенсивность течения
Самая высокая степень карбонизации замечается при повышении влажности воздуха до 50-60%. В порах бетонных конструкций содержится пленочный конденсат, который способствует протеканию негативных процессов. При этом, если влажностной режим держится на уровне 25%, вероятность развития карбонизации становится минимальной.
Понятие глубины карбонизации
Глубина карбонизации считается главным показателем, описывающим характер протекания этого процесса.
Под воздействием воздуха подобная реакция замедляется, т.к. бетон меньше подвергается насыщению влагой. Так, если содержание цемента в конструкции достигает 250 г/м³, а концентрация воды с цементной смесью равна 0/60, то за 1 год использования процесс будет продвигаться на 5-6 мм.
В поврежденных изделиях с армированными стержнями показатель возрастает до 30 мм/год.
Еще существует явление локальной карбонизации, которая связана с величиной зерен наполнителя. Если она неравномерная из-за отклонений от технологии производства, разрушительные процессы будут протекать быстрее.
Определение глубины
Существует ряд технологий и методов оценки глубины карбонизации бетона. В большинстве случаев строители задействуют специальные индикаторы. Роль единицы измерения выполняет интенсивность обретения камнем цемента карбонатной формы. Подобное явление не зависит от глубины карбонизации, но позволяет составить точную характеристику процесса.
Средства для оценки
Чтобы определить, что такое карбонизация, как ее измерить, потребуется подготовить специальные емкости, напоминающие эксикаторы. В качестве заготовок применяются бетонные образцы в форме цилиндра с толщиной 5 см. Поверхность конструкции обрабатывают эпоксидной смолой для получения изоляционного слоя, а потом помещают в эксикатор, где она выдерживается под воздействием хлорида натрия в течение 2 суток.
Дальше с помощью штангенциркуля выполняется повторное снятие показателей, а результаты измерений вносятся в журнал с указанием площади обрабатываемой поверхности.
Потом образец погружается в сосуд для оценки кинетического влияния при процессе карбонизации. Испытанный бетонный материал быстрее деформируется, поэтому, если расколоть его, можно получить точные сведения о глубине проникновения смеси. Подобными методами выполняется определение значений CO2.
Применение фенолфталеина
Если нужно оценить изделие из бетона на предмет наличия дефектов, понадобится задействовать маркирующие приспособления. В большинстве случаев применяется фенолфталеиновый раствор. Оказываясь под воздействием кислотной среды, материал получает лактоновую структуру и лишается оттенка.
Однако после перехода в щелочную группу происходит появление контрастного фиолетового или красного цвета. Карбонизация фенолфталеином происходит после опрыскивания образца смесью из 1000 мл рабочего вещества и 2 промывалок по 250 г.
Методы восстановления бетона
Для восстановления деформированных под воздействием карбонизации конструкций потребуется выполнить комплексную профилактику или капитальную реконструкцию с заменой поврежденных элементов. Независимо от выбранной технологии, важно руководствоваться принципом восстановления и сохранения пассивного состояния материала.
Все технологии защиты направлены на сокращение влагопоглощения и окисления бетона для дальнейшего укрепления его целевой структуры.
Прогнозирование
Своевременное определение карбонизации позволит избежать разрушительных процессов и защитить бетонную конструкцию от деформации. В большинстве случаев прогнозирование назначается для инженерных сооружений из железобетона, которые подвергаются интенсивным нагрузкам извне.
Надежность перечисленных конструкций зависит от массы внутренних и наружных факторов. Процесс оценки материала заключается в проверке гидратации цемента и динамики изменений свойств материала.
Несмотря на повышенные показатели прочности, бетон является достаточно нестабильным строительным материалом, который остается уязвимым к негативным воздействиям окружающей среды. Чтобы избежать карбонизации, способствующей деформации бетонной структуры, важно правильно замешивать смесь из исходного сырья и вовремя обслуживать конструкцию при появлении первых признаков негативного процесса.
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.
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.
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
Вам будет интересно: Великая теорема Ферма: доказательство Уайлса и Перельмана, формулы, правила расчета и полное доказательство теоремы
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.
Вам будет интересно: Где говорят на фарерском языке?
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.
Вам будет интересно: Классный уголок для 5 класса: правила, требования, советы
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.
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
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.
Вам будет интересно: Австрийская экономическая школа: основные представители, история развития и современное состояние
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:
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.
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.