что это такое и как влияет на конструкцию

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:

• Диффузия СO2 через поры бетона.
• Реакция и растворение СO2 в щелочной поровой жидкости.
• Нейтрализация Ca(OH)2 полученной кислотой.

Насколько активным будет процесс карбонизации зависит от качества бетона и характеристик окружающей среды. Особое значение имеют следующие показатели:

• Влажность воздуха.
• Концентрация углекислого газа.
• Пористость и проницаемость бетона.
• Давление.
• Температура окружающего пространства.

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:

• В пределах 25% и около 100% — минимальная скорость;
• от 50% до 60% — максимальные значения.

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:

• Рентгенодифрактометрией.
• Инфракрасной спектроскопией.
• Микроскопией.
• Дифференциально-термическим анализом.
• Химическим анализом.
• Электрохимическим методом.
• Определение с помощью индикаторов.

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:

• Образцы бетона покрывают изолирующими материалами, например, эпоксидной или акриловой смолой, затем помещают в эксикаторы под раствор хлорида натрия.
• Спустя два дня образцы вынимают и измеряют диаметр, результаты заносятся в специальный журнал, где отмечают площадь каждого образца.
• Далее образцы раскалывают и проводят оценку глубины проникновения раствора, именно она показывает способность конкретного материала подвергаться карбонизации.

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).

Сталкивались ли вы с проблемой карбонизации бетона?

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:

• Электрохимическое воздействие при помощи проводников с катодами. Позволяет восстановить щелочной баланс материала и обеспечить пассивное состояние металлической арматуры.
• Восстановление щелочности в процессе ионной диффузии. На бетонное основание наносится высокощелочной раствор, который стимулирует оптимальный химический баланс для поддержания прочности материала.

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:

• Условия внешней среды — температура, влажность, давление, концентрация кислотных газов.
• Изначальные свойства материала— показатели прочности, влагостойкости и паропроницаемости.
• Степень гидратации цемента.
• Динамика изменений свойств материала— измеряется в ходе эксплуатации.

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:

• Повышение плотности бетона за счет образования карбоната кальция.
• Увеличение водостойкости и газонепроницаемости за счет снижения объема пор.
• Повышение прочности материала на 20 — 50%(в зависимости от марки бетона).

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.

Популярное

Карбонизация бетона — что это такое и как определить его глубину, а так же восстановить бетон

Пример HTML-страницы

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

Содержание статьи:

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.

Подобная сфера регламентируется стандартом ГОСТ в документе 31384-2008, где указаны все особенности антикоррозийной защиты.

Однако есть ряд факторов, усложняющих диагностику. Среди них:

Проведения оценки режима температуры и влажности.
Расчет концентрации CO2 в воздухе.

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.

Под карбонизацией бетона рассматривается нейтрализация пористой структуры путем поглощения следующих веществ:

Кислород.
Влага.
Углекислый газ.

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.

Для получения значений глубины потребуется провести ряд натурных анализов конструкции, которые входят в комплекс диагностических мероприятий.

Пример HTML-страницы

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.

Выполняя обследование, необходимо составить подробный план анализа. Если производится серийное испытание на карбонизацию, пробы фенолфталеина нужно снять на свежих изгибах.

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.

Существует несколько методов, которые дают положительные результаты в сжатые сроки:

Наращивание толщины слоя защиты с помощью особых составов грунтовки.
Удаление слоя карбонизации путем механической обработки.
Работа со щелочностью бетона с помощью электрохимического воздействия.

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.

В их числе:

Опоры и колонны.
Гидротехнические сооружения.
Элементы перекрытий.

Надежность перечисленных конструкций зависит от массы внутренних и наружных факторов. Процесс оценки материала заключается в проверке гидратации цемента и динамики изменений свойств материала.

Так, если задействовать технологию неразрушающего контроля, можно ознакомиться с состоянием цементного камня и его антикоррозийными свойствами.

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.

Источник

Пример HTML-страницы

Карбонизация бетона — что это такое и как определить глубину?

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:

• Диффузия СO2 через поры бетона.
• Реакция и растворение СO2 в щелочной поровой жидкости.
• Нейтрализация Ca(OH)2 полученной кислотой.

Насколько активным будет процесс карбонизации зависит от качества бетона и характеристик окружающей среды. Особое значение имеют следующие показатели:

• Влажность воздуха.
• Концентрация углекислого газа.
• Пористость и проницаемость бетона.
• Давление.
• Температура окружающего пространства.

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:

• В пределах 25% и около 100% — минимальная скорость;
• от 50% до 60% — максимальные значения.

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:

• Рентгенодифрактометрией.
• Инфракрасной спектроскопией.
• Микроскопией.
• Дифференциально-термическим анализом.
• Химическим анализом.
• Электрохимическим методом.
• Определение с помощью индикаторов.

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:

• Образцы бетона покрывают изолирующими материалами, например, эпоксидной или акриловой смолой, затем помещают в эксикаторы под раствор хлорида натрия.
• Спустя два дня образцы вынимают и измеряют диаметр, результаты заносятся в специальный журнал, где отмечают площадь каждого образца.
• Далее образцы раскалывают и проводят оценку глубины проникновения раствора, именно она показывает способность конкретного материала подвергаться карбонизации.

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:

• Электрохимическое воздействие при помощи проводников с катодами. Позволяет восстановить щелочной баланс материала и обеспечить пассивное состояние металлической арматуры.
• Восстановление щелочности в процессе ионной диффузии. На бетонное основание наносится высокощелочной раствор, который стимулирует оптимальный химический баланс для поддержания прочности материала.

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:

• Условия внешней среды — температура, влажность, давление, концентрация кислотных газов.
• Изначальные свойства материала— показатели прочности, влагостойкости и паропроницаемости.
• Степень гидратации цемента.
• Динамика изменений свойств материала— измеряется в ходе эксплуатации.

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:

• Повышение плотности бетона за счет образования карбоната кальция.
• Увеличение водостойкости и газонепроницаемости за счет снижения объема пор.
• Повышение прочности материала на 20 — 50%(в зависимости от марки бетона).

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.

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.

Под карбонизацией бетона рассматривается нейтрализация пористой структуры путем поглощения следующих веществ:

1. Кислород.
2. Влага.
3. Углекислый газ.

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.

Существует несколько методов, которые дают положительные результаты в сжатые сроки:

1. Наращивание толщины слоя защиты с помощью особых составов грунтовки.
2. Удаление слоя карбонизации путем механической обработки.
3. Работа со щелочностью бетона с помощью электрохимического воздействия.

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.

В их числе:

1. Опоры и колонны.
2. Гидротехнические сооружения.
3. Элементы перекрытий.

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.

РУП “Белстройцентр”

В статье приведена методика расчета глубины карбонизации бетона железобетонных мостовых конструкций. Представлен программный продукт для оценки коррозионного состояния стальной арматуры железобетонных конструкций.

ВВЕДЕНИЕ

Коррозия стальной арматуры мостовых конструкций является основной причиной явно недостаточной долговечности железобетонных мостов. В серии работ, посвященных коррозионному состоянию железобетонных мостовых конструкций [1–5], показано, что основными причинами депассивации стальной арматуры с последующей ее коррозией является карбонизация бетона на всю толщину защитного слоя или накопление хлор-ионов в приарматурной зоне бетона сверх критической концентрации. И если накопление хлор-ионов в защитном слое бетона – несколько специфический процесс, требующий наличия (что не всегда имеет место) раствора солей-хлоридов на поверхности конструкций, то нейтрализация бетона защитного слоя – процесс неизбежный, обусловленный наличием в воздухе углекислого газа, а в поровой жидкости бетона – гидроокиси кальция. В связи с этим, в данной статье авторы уделяют особое внимание именно влиянию карбонизации бетона на коррозионное состояние стальной арматуры и возможности прогнозирования этого процесса.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Следует отметить обстоятельность подхода авторов перечисленных работ [1–5] к оценке коррозионного процесса. Ими показана достаточно убедительная картина коррозии, заострена сама проблема, разработана система прогнозирования коррозии арматуры, базирующаяся на диффузионном характере переноса агрессивных ионов в теле бетона. Математический аппарат прогноза основывается на известных, подтвержденных практикой аналитических зависимостях.

Прогноз опирается на результаты, полученные в процессе обследования железобетонных конструкций на каком-то этапе эксплуатации автодорожных мостов: величины глубины карбонизации бетона, толщины защитного слоя бетона. А далее рекомендуется оценивать срок службы конструкции, рассматривая полученные данные как случайные факторы. Такая система прогноза весьма удобна, поскольку фактически учитывает уже реальные интегрированные эксплуатационные условия и косвенно – структурные особенности бетона, оцениваемые диффузионными характеристиками для углекислого газа. Однако она нуждается в совершенствовании путем дополнения прогноза и на стадии изготовления конструкции.

Долговечность железобетона определяется как внешними (условия эксплуатации), так и внутренними (структура бетона) факторами. Закладывается она уже на стадиях проектирования состава бетона и реализации технологических приемов формования и твердения конструкции. Именно направленное структурообразование может и должно служить основой получения железобетонных конструкций заданной долговечности, а структурные особенности бетона – основой системы прогноза коррозионного состояния стальной арматуры.

Если реализовывать идею прогноза долговечности еще на стадии изготовления железобетонных конструкций, то необходимо получение соответствующих достоверных аналитических зависимостей для расчета на основе состава бетона не только морозостойкости и водонепроницаемости, но и предположительных диффузионных характеристик. Современные представления, развивающиеся в бетоноведении, позволяют это сделать. Но при этом нельзя ограничиваться традиционными влияющими факторами (основными из которых обычно являются водоцементное отношение и расход цемента), поскольку они постоянны и не изменяются во времени. Описать свойства бетона, изменяющиеся во времени, можно только с привлечением такого динамичного параметра, как степень гидратации цемента. Именно степень гидратации вкупе с традиционными влияющими факторами определяет динамику изменения структуры цементного камня и бетона, а, следовательно, и их коррозионную стойкость.

Сама степень гидратации цемента находится в достаточно сложной, но поддающейся математическому описанию функциональной зависимости от множества факторов – свойств цемента, водосодержания цементного теста, вида и количества введенных химических добавок, условий и времени твердения и др. [6]. В свою очередь, знание степени гидратации цемента позволило получить аналитические зависимости для расчета эффективного коэффициента диффузии углекислого газа в бетоне [7].

Предлагается модель прогнозирования коррозионного состояния железобетона еще на стадии проектирования состава бетона (рис. 1), основывающаяся на классических представлениях деградации защитного слоя [8, 9]. Она базируется на концепции – долговечность железобетонных конструкций определяется продолжительностью пассивного состояния стальной арматуры. При активации стали и начале ее коррозии дальнейшая эксплуатация железобетона практически не поддается прогнозу и связана с определенным риском. Переход стальной арматуры из пассивного состояния в активное определяется временем достижения фронтом прокарбонизированного бетона поверхности арматуры (зависит от структурных особенностей бетона и эксплуатационных условий). Толщина защитного слоя бетона является решающим фактором, влияющим на продолжительность так называемого инкубационного периода коррозии.

Рис. 1. Схема прогнозирования коррозионного состояния стальной арматуры железобетонных конструкций

ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ

Логическим завершением разработанной многофакторной математической модели прогнозирования коррозионного состояния железобетонных конструкций является создание инструмента для ее инженерной реализации. При ручном обсчете многофакторных моделей (см. рис. 1) оперативный учет всех влияющих параметров весьма трудоемок, а зачастую и практически невозможен. Наиболее комфортные условия для расчетов предоставляет программный продукт (основные окна представлены на рис. 2). Он учитывает как внутренние влияющие факторы, определяемые структурными особенностями бетона (общая, гелевая и капиллярная пористость, эффективные коэффициенты диффузии углекислого газа, активирующих и ингибирующих коррозию стали ионов), так и внешние (температурно-влажностный режим и продолжительность эксплуатации, концентрация агрессивной среды).

Рис. 2. Последовательность расчетов коррозионного состояния стальной арматуры железобетонных конструкций

После выбора компонентов бетонной смеси (см. рис. 2, этап I) реализуется многофакторное проектирование состава бетона (см. рис. 2, этап II) с учетом (кроме традиционных параметров) вида и количества вводимых пластифицирующих добавок, добавок-ускорителей твердения и добавок, ингибирующих процесс коррозии стали. Затем переходят к реализации этапа III (см. рис. 2): вводят условия и длительность эксплуатации конструкций и в результате расчетов получают графики кинетики карбонизации бетона, накопления хлор-ионов в приарматурной зоне, а также изменения критической концентрации хлор-ионов. В конечном итоге рассчитывают длительность пассивного состояния стальной арматуры железобетонных конструкций. И если она меньше заданного срока эксплуатации, то опять возвращаются к этапам I или II (см. рис. 2), изменяя свойства компонентов бетонной смеси и пересчитывая состав бетона.

АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ

Оценим достоверность расчетов глубины карбонизации бетона, осуществляемых по предлагаемой схеме. Необходимо отметить, что обычно описываемые в литературе данные (как, впрочем, и ниже приведенные) не содержат исчерпывающих сведений о свойствах компонентов бетона, об условиях твердения и о других, важных для прогноза параметрах, что снижает надежность сопоставления.

В таблице 1 представлены фактические значения глубины карбонизации бетона, приведенные из литературных источников, и рассчитанные по предложенной модели прогноза. Нетрудно убедиться в том, что расчет дает вполне приемлемые с практической точки зрения результаты.

Таблица 1. Сравнительные величины глубины карбонизации бетона

Расход цемента, кг

С. Н. Алексеев, Н. К. Розенталь (50 лет эксплуатации)

Л. А. Вандаловская, В. И. Бабушкин (1,5 года эксплуатации)

В ГП «БелдорНИИ» проведены достаточно обширные натурные исследования прочности бетона на сжатие (таблица 2) и глубины карбонизации бетона (рис. 3) в железобетонных конструкциях автодорожных мостов Республики Беларусь. На рис. 3 нанесены также результаты расчета глубины карбонизации бетона по описанному выше программному продукту. К сожалению, результаты обследования мостов не дают информации о материалах, использованных при строительстве и составах бетона. В связи с чем авторы статьи по прочностным характеристикам (см. таблицу 2) рассчитывали составы бетона для цементов марок 400 и 500, а затем оценивали глубину карбонизации бетона. Следует отметить, что результаты достаточно удовлетворительны, что подтверждается и статистическими выкладками. Так, коэффициент вариации отклонений расчетных данных от фактических составил 26 %, что, по мнению авторов, вполне приемлемо для практических расчетов. Имеющие место отклонения легко объясняются тем, что много факторов, заложенных в программную модель, попросту не учтены, например, вид цемента, концентрация углекислого газа, влажностное состояние бетона, атмосферные осадки и др.

Таблица 2. Результаты обследования мостов

В/Ц	Глубина карбонизации бетона, мм
	Фактическая	Расчетная
477	0,40	17,0	14,7
410	0,45	19,0	20,1
372	0,50	28,0	27,0
344	0,55	33,5	33,2
320	0,60	38,0	49,9
270	0,70	12,0	10,5
300	0,60	10,0	7,5
390	0,50	5,5	5,0
516	0,40	2,0	2,6
695	0,30	0,0	0,8
386	0,55	6,5	6,5
433	0,50	5,0	4,6
492	0,45	4,5	3,4
567	0,40	2,0	2,2
665	0,35	0,0	1,3
778	0,30	0,0	0,8

№ пп	Год постройки	Вид бетона	Способ определения прочности бетона на сжатие	Прочность бетона на сжатие, МПа
1	1962	Монолитный	ГПНВ-5	40,0
2	1963-1965	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 32,1
3	1955	Сборный	ГПНВ-5	32,1
4	1956	Сборный	ГПНВ-5	38,5
5	1960-1963	Сборный	Испытание образцов	40,4
6	1988-1989	Сборный	Склерометр Шмидта	44,9
7	1970	Сборный	Склерометр Шмидта	51,3
8	1978	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 42,2
9	1966	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 43,7
10	1969	Монолитный	ГПНВ-5	Не менее 33,6
11	1961	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 40,5
12	1969	Сборный	Испытание образцов	32,1
13	1974	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 43,6
14	1957	Монолитный	ГПНВ-5	17,3
15	1970	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 59,5
16	1975	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 34,6
17	1970	Сборный	ГПНВ-5	42,2
18	1959-1960	Сборный	ГПНВ-5	38,5
19	1972	Сборный	Склерометр Шмидта	19,2
20	1984	Сборный	ГПНВ-5	32,1
21	1972	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 39,7
22	1954	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 25,6
23	1951-1952	Монолитный	Склерометр Шмидта	25,9
24	1977-1979	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 33,3
25	1973	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 26,9
26	1958-1959	Сборный	ГПНВ-5	38,5
27	1965-1966	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 57,7
28	1991	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 57,7
29	1968-1969	Сборный	ГПНВ-5	32,1
30	1954-1955	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 44,9
31	1962-1963	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 76,9
32	1975	Сборный	Склерометр Шмидта	Не менее 32,1
33	1977-1985	Сборный	ГПНВ-5	Не менее 57,7

Рис. 3. Фактическая и расчетная глубина карбонизации бетона в железобетонных автодорожных мостах Республики Беларусь

Коснемся также вопроса корреляции прочности бетона и глубины карбонизации бетона, построенной по данным обследования (рис. 4). Как известно, на их взаимосвязи основывается назначение классов по условиям эксплуатации конструкций. К сожалению, тесная взаимосвязь отсутствует, хотя тенденция увеличения интенсивности карбонизации бетона со снижением его прочностных характеристик налицо.

Рис. 4. Зависимость фактической глубины карбонизации бетона от его прочности

Для сопоставления фактических величин карбонизации с расчетными воспользуемся также данными, приведенными и систематизированными в [10]. На фактические данные глубины карбонизации бетона защитного слоя автодорожных мостов и путепроводов, взятые авторами работы [10] из отчетов «БелдорНИИ» для бетона с водоцементным отношением от 0,4 до 0,5 при расходе цемента от 380 до 420 кг/м 3 , авторами [10] наложены результаты расчетов (для усредненных величин В/Ц и расхода цемента) по различным моделям, предложенным зарубежными исследователями (рис. 5). Авторы данной статьи дополнительно на рис. 5 привели результаты расчетов по общеизвестной формуле К. Кишитани, номограмме, предложенной Н. К. Розенталем [9], а также по предлагаемой методике прогнозирования (см. рис. 1). Обобщенный анализ позволяет сделать вывод о том, что ни одна из моделей не дает возможности с высокой достоверностью рассчитывать глубину карбонизации бетона на всем периоде эксплуатации, что легко объясняется множеством не учитываемых при прогнозе факторов. Отчасти можно констатировать, что для больших сроков эксплуатации фактические данные представляются несколько завышенными и не вписываются в классические представления о зависимости глубины карбонизации от корня квадратного из времени. В целом же расчет по программному продукту достаточно достоверен.

Рис. 5. Глубина карбонизации бетона (х) с водоцементным отношением 0,44 и расходом цемента 400 кг/м 3 в зависимости от времени эксплуатации (t)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предлагаемая методика прогнозирования долговечности железобетонных мостовых конструкций на стадии их изготовления вполне достоверна. А разработанный на ее основе программный продукт может быть, по мнению авторов, удобным инструментом для направленного модифицирования состава бетона с целью изготовления железобетонных конструкций с заданной долговечностью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев, А. И. Оценка коррозионного износа рабочей арматуры в балках пролетных строений автодорожных мостов / А. И. Васильев // Бетон и железобетон. – 2000. – № 2. – С. 20–23.

2. Васильев, А. И. Прогноз коррозии арматуры железобетонных мостовых конструкций при карбонизации защитного слоя / А. И. Васильев // Бетон и железобетон. – 2001. – № 3. – С. 16–20.

3. Васильев, А. И. О выборе толщины защитного слоя бетона мостовых конструкций / А. И. Васильев, А. С. Бейвель, А. М. Подвальный // Бетон и железобетон. – 2001. – № 5. – С. 25–27.

4. Васильев, А. И. Прогноз коррозии арматуры железобетонных конструкций автодорожных мостов в условиях хлоридной агрессии и карбонизации / А. И. Васильев, А. М. Подвальный // Бетон и железобетон. – 2002. – № 6. – С. 27–32.

5. Васильев, А. И. Вероятностные оценки срока службы эксплуатируемых автодорожных мостов в условиях коррозии арматуры / А. И. Васильев // Бетон и железобетон. – 2003. – № 2. – С. 17–20.

6. Бабицкий, В. В. Прогнозирование степени гидратации цемента с химическими добавками / В. В. Бабицкий // Материалы, технологии, инструменты. – 2005. – № 1. – С. 76–79.

7. Бабицкий, В. В. Структура и коррозионная стойкость бетона и железобетона / В. В. Бабицкий // Строительная наука и техника. – 2005. – № 2. – С. 33–38.

8. Алексеев, С. Н. Долговечность железобетона в агрессивных средах / С. Н. Алексеев, Ф. М. Иванов, С. Модры, П. Шиссль. – М.: Стройиздат, 1990. – 320 с.

9. Алексеев, С. Н. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной производственной среде / С. Н. Алексеев, Н. К. Розенталь. – М.: Стройиздат, 1976. – 205 с.

10. Расчет срока службы железобетонных конструкций в условиях коррозии карбонизации. Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров: сб. науч. ст. / Гродн. гос. ун-т им. Я. Купалы; редкол.: Т. М. Пецольд (отв. ред.) [и др.] / О. Ю. Чернякевич, С. Н. Леонович. – Гродно: ГрГУ, 2010. – С. 369–375.

Определение прочности бетона – испытание бетона на прочность лаборатория с помощью ультразвука

Если отсутствуют результаты статических расчетов обследуемой конструкции, то для определения действительного состояния объекта необходимо иметь все технические параметры, это – определение прочности бетона (статическая схема, нагрузки, размеры сечений несущих конструкций, армирование и т. д.).

Но если все же имеются расчеты сооружения, то следует сконцентрировать внимание на фактах, которые свидетельствуют об отклонениях от проекта. При выборе участков контрольных замеров можно ограничиться местами, находящимися под наибольшим воздействием нагрузок. Если обследование даст удовлетворительные результаты, то нет необходимости проверять конструкции в целом при условии, что не возникает сомнений относительно других мест, где могут иметься повреждения. Если размеры сечений соответствуют проектным данным, то нагрузку от собственной массы конструкции принимают по проектным данным.

Определение прочности бетона

Определение прочности бетона – испытание бетона на прочность в лаборатории при определении полезных нагрузок. При определении полезных нагрузок в большинстве случаев можно ограничиться проверкой, совпадают ли фактические и принятые в проекте нагрузки.

После определения размеров поперечных сечений и нагрузок, необходимо определить прочности бетона и действительные свойства материалов и в первую очередь их фактическую прочность.

Сбор данных для оценки состояния строительного объекта. Заложенная в проекте марка бетона является контрольной величиной, которая на практике может отклоняться в любую сторону.

Фактическую прочность бетона можно определить путем вырезания достаточного числа проб в местах, испытывающих наибольшее напряжение. В случае, если трудно взять пробы кернением, например при очень плотном армировании или если имеется опасность значительного ослабления наиболее напряженных мест, можно провести испытание без разрушений бетона с помощью эталонного молотка или же по отскоку шарика. Оба этих метода испытания заложены в DIN 1048. Преимущества этих способов заключаются в том, что имеется возможность провести их с незначительными затратами и во многих местах. Недостатком является необходимость в получении тарированной зависимости, которую в каждом случае получают по испытанию проб бетона, изымаемых из строительного объекта.

При испытании бетона на прочность в лаборатории, имеющего повреждения от пожара, следует также помнить, что снижение прочности, как правило, происходит на внешнем слое. В этом случае поверхностные методы обычно дают заниженные результаты.

Карбонизация бетона

Карбонизация бетона – глубина карбонизации бетона определяется нанесением фенолфталеинового раствора на свежий скол бетона. Область, в которой имеется значение рН=8,3, обеспечивает защиту стали от коррозии и окрашивается в красный цвет; если бетон остается неокрашенным, то, следовательно, в этой области произошла его карбонизация и создается реальная опасность коррозии стали.

Поражение хлоридами

Хлориды, проникшие в бетон из растворов, предотвращающих обледенение, или же при сгорании во время пожаров поливинилхлоридных материалов, нарушают коррозионную защиту стали, разрушая окружающий ее щелочной цементный слой, что может быть выявлено методами индикации как и при обнаружении карбонизации.

На свежий скол наружной поверхности бетона наносятся 1 % – ный раствор нитрата серебра, а затем 5 % – ный раствор калиево – хромовой кислоты. Области, содержащие хлориды, окрашиваются в желтый цвет, а области, не содержащие их,- в коричневый. Допустимое содержание хлоридов в бетоне составляет примерно 0,4 % его массы. При положительной реакции действительное содержание хлоридов определяется лабораторным путем по взятым контрольным пробам.
Прочие агрессивные химические вещества.

Если возникает подозрение о наличии в бетоне химических веществ, которые могут отрицательно воздействовать на долговечность стали или бетона, то берут пробы бетона для лабораторного исследования.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАРБОНИЗАЦИИ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ БЕТОНА.
Бетон в процессе эксплуатации сильно карбонизируется, т.е. вначале на поверхности конструкции (имеющей непосредственный контакт с окружающей воздушной атмосферой), а затем в защитном слое образуется слой кальцита СаСо 3. Кроме того, стенки пор (пустот) каркаса прочного цементного камня под воздействием продуктов реакции первичной гидроокиси кальция Са(ОН) 2 с углекислым газом СО 2 также начинают покрываться слоем кальцита. Новообразования вызывают дополнительные напряжения в структуре цементного камня, приводящие к микротрещинам в теле бетона, через которые начинают проникать молекулы воздуха. Особенно этот процесс активизируется во влажной холодной среде. При понижении температуры растворимость извести увеличивается. Жидкая фаза, обогащенная гидроокисью кальция, мигрирует к охлажденной поверхности бетона и особенно к контактной зоне. Кристаллизация новых порций извести в сформировавшейся микроструктуре вызывает образование зазоров и разрушение бетона. В зазоры устремляется вода, оказывающее дополнительное расклинивающее действие. На этих участках и происходит наиболее быстрая карбонизация гидроокиси кальция (извести) с образованием конкреций кальцита СаСо 3, покрывающим поверхность бетона. Процесс выщелачивания, т.е. постепенная замена активной извести Са(ОН) 2, обладающей защитными свойствами по отношению к арматуре, на кальцит СаСО 3 и дополнительное образование микротрещин в защитном слое бетона приводят к непосредственному контакту стальной арматуры с молекулами кислорода О 2, и, как следствие, к коррозии арматуры. Обычными продуктами коррозии являются окисные минералы ржавчины – гематит, маггемит, гетит и магнетит.
Для анализа щелочности бетонной среды используется индикаторный 1% раствор фенолфталеина в 90%-процентном этиловом спирте. После проведения испытания прочности бетона методом отрыва со скалыванием на свежий скол бетона наносится небольшое количество индикаторного раствора. Индикаторный раствор работает при значениях концентрации водородных ионов РН в интервале 8,3-10,5, т.е. в щелочной области. Область перехода окраски от бесцветного до ярко-малинового на сколе бетона определяет глубину слоя, сохраняющего защитные щелочные свойства по отношению к стальной арматуре.

Проведение исследований с помощью ультразвука, измеряя время прохождения ультразвуковых волн через строительный элемент, можно получить данные о неравномерной плотности бетона, особенно о скрытых под наружным слоем пустотах, неплотных участках и т. п.

Исследование с помощью рентгеновских или гамма – лучей. Плотность и однородность бетона определяются по такому же принципу, как и при использовании ультразвука, но с помощью рентгеновских или гамма – лучей. Аналогичным образом определяется содержание арматурной стали. Проведение подобных исследований требует немалых затрат. Эти методы в ряде случаев трудно применимы, а область их действия ограничена. Определять фактическую прочность бетона с помощью рентгеновских или гамма – лучей целесообразно лишь при высоких напряжениях в строительных элементах, если имеется подозрение о наличии внутренних повреждений, еще не видимых извне, которые могут привести к крупным разрушениям, а также для подтверждения результатов, полученных другими методами.

Качество арматурных сталей, единственной возможностью определения механических характеристик арматурных сталей, особенно после пожаров, является отбор небольших образцов арматурных стержней и испытание их в лабораторных условиях.

Естественно, эти образцы следует отбирать по возможности в тех местах, где обусловленное этим уменьшение поперечного сечения арматуры не приведет к ослаблению конструкции.

Расположение арматурных стержней и защитного слоя бетона при соответствующем их диаметре может быть определено с помощью электромагнитного прибора. Этот прибор определяет положение арматуры и расстояние до нее от поверхности бетона.

При недостаточном защитном слое бетона можно использовать сильный магнит, чтобы установить расположение арматуры и затем выявить места с недостаточным бетонным покрытием. Заполнения каналов для напрягаемой арматуры. Сильное повреждение напряженных арматурных пучков в недостаточно заполненных цементным раствором каналах требует в большинстве случаев дополнительной проверки состояния этих каналов. Простым методом такой проверки является следующий: осторожное высверливание стенок каналов и введение через них оптического прибора. С помощью этого прибора можно определить положение и размеры пустот, а также состояние арматуры.

Начинать обследование следует с наиболее уязвимых мест, таких, как изгибы и места стыков арматуры, расширения каналов и т. д. В открытых каналах пустоты можно обнаружить с помощью нагнетания воды или воздуха. Другим, более дорогостоящим, но иногда применяемым методом является просвечивание конструкции рентгеновскими лучами. Часто оба этих метода применяются совместно.

Своевременное обнаружение мест коррозии стальной арматуры (особенно в каналах) может осуществляться с помощью измерения разности потенциалов. Этот метод измерения в течение нескольких лет успешно применяется в определение прочности бетона .

для обнаружения мест активного корродирования арматуры, особенно при обследовании мостовых сооружений. При этом наружная поверхность бетонного сооружения обследуется с помощью эталонного электрода, разность потенциалов измеряется между арматурными стержнями, используемыми как измерительный электрод, и располагаемым над поверхностью бетона эталонным электродом. Контакт с арматурой осуществляется при помощи клемм, закрепляемых на оголенных и зачищенных участках арматуры.

Перед началом измерений внешнюю поверхность бетона следует тщательно высушить, чтобы избежать сильных колебаний показаний прибора из – за неравномерной влажности бетона. В качестве измерительного прибора применяется малогабаритный милливольтметр на батарейном питании.

Изменение действующих нагрузок и размеров поперечных сечений

При производстве обследований сооружения, испытание бетона на прочность может оказаться, что первоначально рассчитанная несущая способность конструкции не обеспечивается. Это можно объяснить изменившимися условиями эксплуатации, а также нагрузками, не предусмотренными ранее. В большинстве случаев нет необходимости повторного определения размеров поперечных сечений для установления соответствия их принятым в проекте. Как правило, можно исходить из условия, что заложенные в проекте размеры поперечных сечений сооружения соблюдены полностью. Но может случиться так, что за время эксплуатации сооружения произошло ослабление поперечного сечения в результате образования трещин, коррозии и т. д., которое при определении надежности конструкции должно быть учтено.

Благодаря образованию трещин может произойти искривление формы конструкции и, следовательно, изменение распределения нагрузок или изменение статической схемы.

Предложите другие виды сотрудничества. Хорошо!

Усадка за счет карбонизации бетона

Кроме усадки при высыхании бетон подвергается усадке за счет карбонизации. Это явление было обнаружено только в последнее время и в большинстве имеющихся экспериментальных данных по усадке, величина усадки при высыхании включает в себя и усадку при карбонизации бетона. Однако природа усадки при карбонизации и высыхании совершенно различна.

Углекислый газ СО2, имеющийся в атмосфере, в присутствии влаги вступает во взаимодействие с продуктами гидратации клинкерных минералов. Это взаимодействие происходит даже при малых концентрациях СО2 в атмосфере, где парциальное давление СО2 около ЗХЮ

4 атмосферы; в непроветриваемой лаборатории парциальное давление может составлять до 12X10

4 ат. Степень карбонизации увеличивается, с увеличением концентрации СО2 в воздухе.

В присутствии СО2 карбонизуется Са(ОН)2 бетона до СаСОз, в такие же реакции вступают и некоторые другие продукты гидратации цемента. Эти реакции могут протекать при низких концентрациях СО2 в атмосфере, однако глубина карбонизации незначительна и медленно увеличивается во времени.

Степень карбонизации легко определяется при обработке свежего излома бетона фенолфталеином, при этом Са(ОН)2 приобретает малиновый цвет, в то время как карбонизован-ный участок бетона не окрашивается. Степень карбонизации зависит также от влажности бетона и относительной влажности окружающей среды. Размер образцов тоже влияет на карбонизацию. Это связано с тем, что влага, образующаяся, в результате взаимодействия Са(ОН)2 с СО2, стремится диффундировать в атмосферу с тем, чтобы установилось равновесие внутри образцов. Если диффузия протекает медленно, то давление пара в бетоне увеличивается до состояния насыщения и проникание СОг в образец приостанавливается.

Карбонизация сопровождается увеличением веса и усадкой бетона, которая при карбонизации вызывается растворением кристаллов Са(ОН)2 под действием сжимающих напряжений (вызванных действием усадки при высушивании) и отложением СаСОз в ненапряженных объемах.

Карбонизация приводит к увеличению усадки при значениях относительной влажности воздуха, от 100% ДО 25%. В последнем случае в поровом пространстве цементного камня содержится недостаточно влаги для образования из СОг угольной кислоты. При 100% влажности поры бетона заполнены водой, и диффузия СОг в цементный камень протекает очень медленно; возможно также, что диффузия ионов кальция из цементного камня приводит к образованию СаСОз с последующей кольматацией пор, расположенных в поверхностном слое.

Последовательность протекания процессов высыхания и карбонизации в значительной степени влияет на величину общей усадки.

Одновременное высыхание и карбонизация приводит к меньшей усадке, чем в случае, когда карбонизация происходит после высыхания, так как в первом случае большая часть процесса карбонизации идет при относительной влажности больше 50%, а при этих условиях усадка за счет карбонизации бетона автоклавного твердения очень мала.

В случае, когда бетон подвергается попеременному увлажнению и высушиванию в атмосфере, содержащей СОг, усадка, обусловленная карбонизацией (в цикле высыхания), становится значительно более заметной. При этом в любой стадии усадка больше, чем в атмосфере, не содержащей СО2, поскольку карбонизация увеличивает величину необратимой ее части и может способствовать образованию трещин в бетоне.

Карбонизация бетона, предшествующая испытаниям при переменном увлажнении и высушивании, уменьшает влажностные деформации иногда наполовину. Это обстоятельство используется в практических целях путем предварительной карбонизации элементов заводского изготовления, проводимой сразу после распалубки. В этом случае при строгом соблюдении влажностных условий при карбонизации получают бетон с малыми величинами влажностных деформаций.

Карбонизация бетона приводит также к увеличению его прочности и снижению проницаемости вследствие того, что вода, выделяющаяся при карбонизации, способствует гидратации, а СаСО3 уплотняет цементный камень.

Коррозия железобетонных конструкций и ремонтные смеси

Рассмотрены процессы коррозии железобетона в условиях выщелачивания пресной водой, карбонизации, хлоридной, сульфатной и биологической коррозии. Приведены количественные оценки параметров агрессивных сред и требования к бетону для указанных условий эксплуатации.

При правильном проектировании, изготовлении и применении железобетон как материал отличается многими положительными эксплуатационными свойствами, в том числе высокой коррозионной стойкостью. Тем не менее, вследствие разных причин известно много случаев преждевременного коррозионного повреждения железобетонных конструкций. Такими причинами являются различные ошибки при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций. К ним относятся: неправильная оценка условий эксплуатации сооружений и конструкций (не учитывается в полной мере агрессивное воздействие среды), неправильное назначение состава бетона (его проницаемости, толщины защитного слоя), ошибки в технологии изготовления и многое другое.

Скрытые дефекты проектирования и изготовления обнаруживаются со временем при воздействии среды эксплуатации. Они проявляются в форме снижения прочности и растрескивания бетона в результате воздействия окружающей среды, утраты защитного действия и коррозии стальной арматуры, что вызывает снижение несущей способности и эстетических качеств железобетонных конструкций. Такие изменения требуют выполнения ремонтных работ.

Всякому ремонту бетонных и железобетонных конструкций должно предшествовать их инженерное обследование. Одной из задач такого обследования является выяснение причин повреждения. Только после выполнения обследования можно грамотно назначить способы ремонта и восстановления, выбрать материалы для ремонта. Необходимость квалифицированного обследования обусловлена, в частности, тем, что нередко многие виды коррозионных повреждений внешне имеют одни и те же визуальные признаки. Например, сетка трещин на поверхности бетона может образоваться при морозном воздействии, капиллярном всасывании растворов солей и испарении, сульфатной коррозии, перекристаллизации цементного камня с поздним образованием трёхсульфатной формы гидросульфоалюмината, при развитии внутренней коррозии, вызванной взаимодействием кремнезёма заполнителя со щелочами цемента. В каждом из этих случаев требуется внимательное изучение причин и механизма повреждения бетона и стальной арматуры.

Полученные результаты являются основой для назначения эффективного метода ремонта и защиты строительных конструкций. С учетом производственных требований и условий эксплуатации назначается оптимальная технология и ремонтный состав. Перспективным направлением является применение для ремонта и защиты сухих растворных смесей. В настоящее время на рынке существует большой выбор сухих смесей, обеспечивающих такие требования, как:

высокая скорость набора прочности,

безусадочность,

сцепление со старым бетоном и арматурой,

сульфатостойкость,

биоцидность,

высокая прочность на сжатие и растяжение при изгибе,

повышенная способность защищать стальную арматуру от коррозии,

морозостойкость и водонепроницаемость.

Применяя сухие ремонтные смеси с учётом основного вида повреждения железобетонных конструкций, можно существенно повысить коррозионную стойкость и долговечность сооружений в целом.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи коррозионного повреждения железобетона.

Выщелачивание бетона

Выщелачивание бетона, согласно классификации профессора В.М. Москвина, относится к коррозии I вида, которая состоит в растворении и выносе компонентов цементного камня из структуры бетона. Характерным является растворение гидроксида кальция и других компонентов при фильтрации вод с малой временной жёсткостью и вынос растворённых веществ из бетона. При выносе 20% гидроксида кальция бетон утрачивает 25-30% начальной прочности. Лабораторные и натурные исследования бетона и конструкций из него показывают, что процесс выщелачивания протекает сравнительно медленно. По данным лабораторных исследований НИИЖБ, в условиях коррозии I вида глубина коррозии бетона за 50 лет составляет несколько миллиметров.

Как показывают натурные обследования опор мостов на севере страны, плотин гидроэлектростанций в Восточной Сибири, водопроводных станций в Москве, эксплуатирующихся в чистых холодных водах, обладающих наиболее высокой выщелачивающей способностью, после значительных сроков эксплуатации (10-60 лет) в отсутствие сквозной фильтрации и воздействия отрицательных температур повреждение плотного бетона от коррозии I вида ограничено небольшой глубиной (таблица 1). В конструкциях, возведенных в 30-х годах прошлого века из бетона марок 100 и 140, глубина коррозии после 60 лет эксплуатации достигала 10 мм. За это время жертвенный слой торкрет-бетона толщиной 10 мм полностью исчерпал своё защитное действие.

При наличии сквозной фильтрации скорость коррозии бетона возрастает на порядки величин. Количество извести, вынесенной из массивных бетонных гидротехнических сооружений через фильтрующие трещины, может измеряться десятками килограммов и даже тоннами. В фильтрующих трещинах наблюдается интенсивная коррозия стальной арматуры, вплоть до обрыва стержней. Повышение стойкости конструкций может быть обеспечено применением бетонов низкой и особо низкой проницаемости, исключением сквозных протечек через бетон, что при современном уровне технологии бетона не является сложной проблемой. При ремонте повреждённых конструкций задача сводится к расшивке и заделке трещин или нагнетанию в трещины высокоподвижных растворов, очистке и восстановлению поверхностных слоев бетона. При воздействии отрицательных температур ремонтные смеси должны иметь в своем составе воздухововлекающие или микрогазообразующие добавки и обеспечивать необходимую адгезию к бетону конструкций, минимальную усадку, получение бетонов марок по водонепроницаемости W6-W8.

Карбонизация бетона

Взаимодействие бетона с углекислым газом (карбонизация бетона) сопровождается превращением гидроксида кальция цементного камня в карбонат кальция. Прочность бетона при этом существенно не изменяется. Несколько уменьшается пористость и проницаемость бетона. Сильно понижается щёлочность жидкой фазы бетона. От первоначального значения 12,5-13,1 величина рН понижается до 8-9, при этом бетон утрачивает пассивирующее действие на стальную арматуру. Развивающаяся коррозия стальной арматуры вызывает потерю сечения стальных стержней, растрескивание защитного слоя, сильное снижение несущей способности железобетонной конструкции. Из практики обследования коррозионного состояния железобетонных конструкций известно очень много случаев повреждения конструкций вследствие полной карбонизации защитного слоя. Как правило, причиной этого является недостаточная толщина защитного слоя (обычно отсутствие фиксации арматуры в проектном положении в процессе изготовления конструкции) или высокая проницаемость бетона. Скорость карбонизации бетона определяется скоростью диффузии углекислого газа в бетоне. Глубина карбонизации увеличивается пропорционально корню квадратному из времени и в определённой степени зависит от реакционной способности бетона, в данном случае от способности бетона связывать большее или меньшее количество углекислого газа. Скорость карбонизации находится в прямой зависимости от диффузионной проницаемости бетона для углекислого газа. Плотные бетоны хорошего качества имеют эффективный коэффициент диффузии углекислого газа около 10

4 см2/сек и менее. Обычные бетоны невысоких классов по прочности могут карбонизироваться на глубину, превышающую толщину защитного слоя. С достижением фронта карбонизации поверхности арматуры сталь начинает коррозировать, что вызывает разрушение защитного слоя бетона. Бетоны особо низкой проницаемости имеют эффективный коэффициент диффузии углекислого газа около 10

б см2/сек. Вследствие уплотнения карбонатом кальция наружного слоя бетона процесс карбонизации таких бетонов прекращается, при этом толщина карбонизированного слоя составляет 1-3 мм и не влияет на коррозионное состояние стальной арматуры. Допускаемая максимальная величина диффузионной проницаемости бетона в зависимости от концентрации углекислого газа в воздухе, проектных сро ков эксплуатации конструкции и толщины защитного слоя приведена в таблице 2.

При воздействии на железобетонные конструкции углекислого газа воздуха возможны различные ситуации. При своевременном обнаружении быстрой карбонизации защитного слоя бетона, еще не достигшей поверхности стальной арматуры, возможна защита от коррозии нанесением на поверхность конструкции плотного мелкозернистого бетона, обладающего низкой диффузионной проницаемостью для углекислого газа. В этом случае процесс карбонизации может быть остановлен, а в карбонизированном слое под цементно-песча-ным покрытием вследствие диффузии растворённого гидроксида кальция и щелочей величина рН может восстановиться до первоначального значения, необходимого для пассивации стальной арматуры.

Другой случай – полная карбонизация бетона и развитие коррозии арматуры. В этом случае радикальным способом ремонта является удаление карбонизированного слоя бетона и продуктов коррозии стали и восстановление защитного слоя из нового бетона, имеющего низкую проницаемость.

Ремонтные смеси в этом случае должны обеспечивать необходимую адгезию к бетону конструкций, минимальную усадку, получение бетонов марок по водонепроницаемости W6-W8.

Хлоридная коррозия железобетона

Из практики эксплуатации зданий и сооружений различного назначения известно большое число повреждений железобетонных конструкций, вызванное воздействием на бетон солей хлоридов. При воздействии хлоридов из состава противогололёдных реагентов повреждаются транспортные сооружения (мосты, путепроводы, подземные переходы, перекрытия многоэтажных автостоянок и другие), коммуникационные тоннели, конструкции морских причалов, здания предприятий по производству минеральных удобрений и многое другое. В указанных случаях причиной повреждения является проникание в бетон хлоридов, утрата защитного действия бетона по отношению к стали и развитие коррозии арматуры. Существует несколько путей повышения защитного действия бетона к стальной арматуре в хлоридных средах. Один из них -снижение диффузионной проницаемости бетона и применение добавок-ингибиторов коррозии.

Экспериментально установлено сильное (на порядки величин) уменьшение диффузионной проницаемости бетона для хлоридов при введении добавок суперпластификатора С-3, микрокремнезёма, золы уноса, доменных шлаков при одновременном снижении водоцементного отношения. Если обычные бетоны имеют коэффициент диф фузии хлоридов 5×10

8 см2/сек, то бетоны с С-3 и МК (1. 5)х10’9 см2/сек, т. е. на порядок и более ниже, чем традиционные бетоны. Бетоны с указанной низкой диффузионной проницаемостью могут длительно поддерживать стальную арматуру в бетоне в пассивном состоянии в хлоридных средах (см. таблицу 3).

Исследования бетонов с добавками-ингибиторами, показали, что их защитное действие ограничено. Если бетоны на портландцементе утрачивают пассивирующее действие на стальную арматуру при содержании хлоридов 0,5-2,0% от массы цемента (в зависимости от состава цемента), то у бетонов с лучшими из исследованных ингибиторов указанное критическое содержание хлоридов увеличивается примерно в два раза [3].

Из сказанного ясно, что для защиты стальной арматуры железобетонных конструкций в хлоридных средах необходимы бетоны с комплексными добавками, содержащими ингибиторы и компоненты, эффективно понижающие проницаемость бетона.

Сульфатная коррозия

Сульфатная коррозия относится к коррозии III вида, согласно классификации профессора В.М. Москвина, и характеризу ется химическими процессами, в результате которых образуются слаборастворимые вещества, кристаллизующиеся с большим увеличением объёма твёрдых фаз, что вызывает сначала уплотнение бетона и повышение его прочности, затем давление кристаллов, вызывает рост внутренних напряжений и разрушение бетона. Хорошо известно разрушение бетона при действии сульфатных сред, образующих в бетоне кристаллы гипса и гидросульфоалюминатов кальция.

Исследована стойкость бетонов с модификаторами, содержащими суперпластификатор, микрокремнезём и другие компоненты [4-6]. Исследования бетона в средах, содержащих сульфаты в количестве 5000-1 2 000 мг/л, показали, что с повышением водонепроницаемости бетона с W8 до W20 сильно уменьшается скорость поглощения сульфатов. При этом низкое содержание алюминатов в портландцементе остаётся одним из важнейших факторов, определяющих сульфатостойкость бетона. В ещё большей степени уменьшается поглощение сульфатов и повышаются расчётные сроки службы бетона при введении в него комплекса С-З+МК или модификатора МБ-01. Такие бетоны отличаются низкой диффузионной проницаемостью и малой реакционной способностью по отношению к сульфатам. Вследствие связывания гидроксида кальция изменяются условия образования гипса и гидросульфоалюминатов кальция. Бетоны марок по водонепроницаемости более W8, изготовленные на среднеалюми-натном портландцементе с модификатором, приравниваются по сульфатостойкос-ти к бетонам аналогичных марок, изготовленным на сульфатостойком портландцементе (таблицы 4 и 5).

Таким образом, применяя ремонтные составы с современными эффективными добавками, можно обеспечить длительную коррозионную стойкость бетона в сульфатных средах даже с использованием средне-алюминатных цементов (с нормированным минералогическим составом).

Биологическая коррозия

Под биологической коррозией понимают процессы повреждения бетона, вызванные живыми организмами (продуктами жизнедеятельности и механическим воздействием), в первую очередь бактериями, грибами, морскими организмами, поселяющимися на поверхности конструкций. По масштабам повреждения конструкций и сооружений наибольшее значение имеет ущерб, вызываемый тионовыми бактерия ми. Известны массовые повреждения канализационных сооружений, связанные с разрушением бетона серной кислотой, выделяемой тионовыми бактериями. Механизм этого процесса в основном исследован. Концентрация сероводорода в канализационных коллекторах и камерах достигает сотен миллиграммов на кубометр воздуха, а концентрация биогенной серной кислоты 5-20%, при этом рН влаги на поверхности конструкций равняется 1 -2. В этих условиях бетон разрушается со скоростью до 1 -2 см в год. Из многих существующих методов защиты трубопроводов отданного вида коррозии наиболее экологически обоснованными представляются методы, связанные с подавлением жизнедеятельности ти-оновых бактерий (аэрация стоков, применение окислителей и т. п.). При этом создаются условия, в которых образование сероводорода, а следовательно, и серной кислоты становится невозможным.

Натурными испытаниями показано, что в сероводородных газовых средах цементные бетоны даже особо низкой проницаемости разрушаются достаточно быстро. Попытки применить биоцидные добавки, подавляющие жизнедеятельность тионовых бактерий, не имели успеха. Добавки, снижающие проницаемость цементных бетонов, также не увеличили в необходимой степени коррозионной стойкости бетона в указанных условиях. При высокой концентрации сероводорода в газовой среде эффективным средством вторичной защиты является применение химически стойких материалов в виде плёнок, листов, толстослойных покрытий, скорлуп (стеклопластик на полиэфирной смоле), минеральных кислотостойких покрытий или конструкционных химически стойких материалов.

Специфическим видом повреждения цементных штукатурок и бетона является коррозия, вызванная жизнедеятельностью низших грибов, выделяющих органические и минеральные кислоты. Грибная флора на поверхности конструкций весьма многообразна и насчитывает большое число видов. Наиболее распространённая форма повреждения при действии грибков – превращение бетона и штукатурки в сыпучую несвязанную массу, при этом разрушается также декоративная окраска и обои. Эффективным способом ремонта и защиты от грибкового поражения является применение сухих ремонтных смесей, имеющих в своем составе биоцидные препараты [7].

Выводы

Для выполнения ремонтных работ на конструкциях, имеющих коррозионные повреждения, целесообразно применять специальные сухие смеси на основе портландцемента и различных добавок. Существующие в настоящие время на строительном рынке химические добавки позволяют создавать цементные композиции для различных условий эксплуатации железобетонных конструкций и обеспечивать получение бетонов высокой прочности, однородности, низкой проницаемости и повышенной долговечности.

Причины карбонизации бетона и методы защиты бетонных конструкций

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:

• Удаление дефектных слоев.
• Грунтование.
• Обработка уплотняющими пропитками, лакокрасочными и мастичными покрытиями.

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.

Карбонизация бетона — что это такое? — OneKu

Содержание статьи:

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.

Вам будет интересно:Индустриализация — определение, история, этапы и признаки

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:

• 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.

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.

Источник

Карбонизация бетона

Влияние карбонизации бетона на долговечность строительных конструкций

теплоты населению и производству в зонах неустойчивого теплоснабжения; высокий рост цен на топливо и снижение вредных выбросов в окружающую среду от работы энергетических установок. В настоящее время потребляется в мире примерно 30 тысяч миллиардов киловатт-часов. Уровень материальной, а в конечном счете и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении.

Актуальным становится применение установок на базе солнечных коллекторов с совместной работой тепловых насосов для условий города Владивостока и Приморского края. В этом регионе наблюдается большое количество солнечных дней и использование их, значительно сократит потребление энергоносителей, и выбросов в окружающую среду вредных веществ. В условиях постоянно растущих цен на энергоносители и электроэнергию, экономическая эффективность этих решений должна стать предпосылкой для массового внедрения во все отрасли народного хозяйства установок при совместной работе солнечных коллекторов и теплового насоса.

В строительном институте установлена и введена, частично, в работу научно-исследовательская установка при совместной работе солнечных коллекторов и теплового насоса. Каждый день, в любую погоду, производятся снятия показаний теплоносителя и температуры в баке аккумуляторе независимо от погоды.

Для научно-исследовательской установки было выделено помещение в подвале Строительного института ДВГТУ, для расположения всего оборудования кроме солнечных коллекторов. На крыше ночного клуба В8В были установлены на специальном металлическом каркасе солнечные коллектора, направленные на южную сторону. Всего четыре солнечных коллектора с максимальной мощностью каждого 2,5 кВт.

Научно-исследовательская установка была достаточно проработана и на её основе можно проводить исследования как работы одельно тепловых насосов, так и солнечных коллекторов, а также их совместную работу, изучать как качественные так и количественные характеристики.

В Приморском крае постепенно проектируют и вводят в эксплуатацию такие установоки, но пока для небольших объектов — это дома коттеджного типа. Основной задачей для правильной и эффективной работы солнечных коллекторов является грамотный расчёт и монтаж. На данный момент все установки таких типов работают и каких-то неполадок пока не наблюдалось, но также надо учитывать то, что прошло ещё мало времени, чтобы делать более точную оценку работы установок. Хотя на западе данные виды установок себя показали с наилучшей стороны.

В.И. Лесная, В.Т. Гуляев

ВЛИЯНИЕ КАРБОНИЗАЦИИ БЕТОНА НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Все железобетонные конструкции, эксплуатирующиеся в воздушной среде, подвержены влиянию кислых газов. Поскольку концентрация углекислого газа в воздухе в 10 — Ю4 раз выше концентрации других кислых газов, основным процессом нейтрализации бетона является карбонизация. Количество углекислого г аза в атмосфере сельской местности составляет обычно 0,03% по объему или 600 мг/мЗ, в атмосфере городов и промышленных районов его концентрация может быть значительно более высокой и достигать 0,3% или 6000 мг/мЗ, а в воздухе цехов — до 1%. Будучи пористым, бетон хорошо поглощает углекислый газ, кислород и влагу, присутствующие в атмосфере. Способность бетона поглощать оказывает пагубное воздействие на арматуру, которая при повреждении бетона попадает в кислотную среду и начинает корродировать. Ржавчина, формирующаяся при окислении арматуры, увеличивает ее объем, повышает внутреннее напряжение и приводит к разломам бетона и оголению корродирующей арматуры. Оголенная арматура разрушается еще стремительнее, что приводит к быстрому изнашиванию железобетонной конструкции.

Углекислый газ С02, имеющийся в атмосфере, в присутствии влаги вступает во взаимодействие как с продуктами гидратации клинкерных минералов, так и с минералами цементного камня. Эго*взаимодействие происходит даже при малых концентрациях СО2 в атмосфере,

где парциальное давление С02 около Зх10~5МПа, в непроветриваемом помещении парциальное давление может составлять до 12х10°МПа.

В присутствии С02 карбонизуется Са(ОН)2 (гидрооксид кальция) бетона до СаСОз (карбонат кальция), в такие же реакции вступают и некоторые другие продукты гидратации цемента. Эти реакции могут протекать при низких концентрациях С02 в атмосфере, однако глубина карбонизации незначительна и медленно увеличивается во времени. Степень карбонизации увеличивается с увеличением концентрации С02 в воздухе. Карбонизация бетона и цементного камня зависит от множества внешних и внутренних факторов: относительная влажность атмосферного воздуха, проницаемость и пористость материала, температура, давление, условия гидратации и влажность цементного камня.

Взаимодействие гидрооксида кальция с углекислым газом описывается следующей реакцией: Са(ОН)2 + С02 = СаСОз + Н20

Гидратные новообразования цементного камня также могут подвергаться карбонизации, причем конечными продуктами реакции является целый спектр различных веществ: карбонат кальция, гидратированный кремнезем, глинозем, оксид железа. Полная реакция карбонизации ! С3$2Н3(тоберморита) выглядит следующим образом:

( ЗСаО- 2ВЮ2- ЗН20 + ЗС02-ЗСаС03+28Ю2+ЗН20

! Следует отметить, что карбонизация бетона положительно влияет на его прочность, так как

растворимость СаС03 почти в 100 раз ниже, чем Са(ОН)2. Процесс выщелачивания в таком бетоне протекает значительно медленнее. Карбонат кальция плохо растворяется в воде и, образуясь, стремится герметически закрыть поры на поверхности бетона. Карбонизация играет положительную роль, пока не дошла до глубоких слоев бетона, контактирующих с поверхностью стальной арматуры. Отрицательные последствия глубоко проникшей карбонизации связаны с понижением его щелочности и потерей бетоном химических свойств, предотвращающих коррозию стальной арматуры.

Известь, образующаяся при гидратации цемента, создает в бетоне щелочную среду с высоким показателем РЬ (водородный показатель поровой влаги цементного камня) =12-14. Обычно значение поровой воды в бетоне находится в пределах от 10,5 до 11,5. Известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция, который снижает показатель РЬ с 12,6 до 10 (для углекислого кальция) и падает ниже 10 для смеси углекислого кальция с бикарбонатом кальция Са(НС03). Многие исследователи условно считают, что как только РЬ бетона падает ниже 10, он теряет способность надежно защищать арматуру от коррозии, минимальным критическим значением РЬ для бетона считают величину 11,8. I Значения толщины слоя бетона, в которой он потерял защитные свойства по отношению к

1 арматуре, определяют индикаторным тестом и физико-химическим методом (методами РЬ и карбометрии). Так как показатель РЬ является основной количественной характеристикой перерождения цементного камня в карбонаты под воздействием внешней среды, он является универсальной характеристикой состояния бетона и его защитных свойств по отношению к арматуре. Используя 1% раствор фенолфталеина, растворенного в этане (основной кислотный индикатор), можно обнаружить глубину карбонизации, наблюдая за изменениями цвета от бесцветного до фиолетового. Это происходит из-за изменений содержания кислоты от 8,5 — 9 (карбонизация бетона) до более низкой величины РЬ. О карбонизации бетона при действии фенолфталеина свидетельствует появление розового цвета, тогда как бетон не подвергшийся карбонизации, сохраняет свою первоначальную окраску.

Исследования железобетонных конструкций показывают, что карбонизация бетона продолжается во все время их эксплуатации, однако процесс карбонизации не распространяется на значительную глубину. Исключение составляют конструкции, в которых был применен бетон не обладающей нужной плотностью, или когда концентрация С02 в сотни раз превышала его содержание в атмосферном воздухе.

Результаты натурных обследований эксплуатируемых объектов свидетельствуют о значительном увеличении в последние годы числа аварийных ситуаций вследствие карбонизации бетона и необходимости проведения масштабных работ по ремонту конструкций. В целом это ‘обусловлено приближением сроков эксплуатации зданий и сооружений к нормативным значениям для большей части объектов, построенных в 50-60-е годы — периода начала массового применения железобетона в России. Однако, имеются также многочисленные случаи раннего (через 10… 15 лет)

повреждения железобетона как из-за нарушения технологий изготовления конструкций, так и недооценки агрессивности среды.

В современных условиях возросла доля реконструируемых объектов, в которых новые условия эксплуатации могут существенно отличаться от параметров первоначального проекта, что также влияет на долговечность железобетона.

Необходимое условие обеспечения качества бетона — это контроль качества составляющих бетон ингредиентов и соблюдение рецептуры и технологии при приготовлении бетона. К сожалению, эти требования выполняются не всегда, и строители получают некачественный бетон, быстро разрушающийся под действием нагрузок и атмосферных воздействий.

Анализ повреждения железобетонных конструкций включает определение глубины карбонизации, степень воздействия среды, толщину стальной арматуры, обнаружение внутренних трещин и воздушных карманов. Цели восстановления конструкции можно сформулировать следующим образом: препятствовать разрастанию коррозии, восстановить химически пассивную среду для арматуры, устранить полости и пористость поверхности, препятствовать проникновению воды в бетон, создать антикарбонизационный барьер и. в конечном счете, восстановить нормальный внешний вид поверхности.

Для достижения этих целей рекомендуются следующая последовательность выполнения ремонтных работ:

— удалить старую штукатурку, следы масел, грязь и пыль до бетонной поверхности;

— если присутствует арматура, то ее следует зачистить до блеска металла, удаляя все следы ржавчины;

— сразу же после очистки арматуру следует защитить от дальнейшего окисления, покрывая ее в два слоя с помощью кисти жидким раствором, который состоит из 1 части СТРАТО 4900 и 1 части цемента;

— восстановление бетона производиться с помощью РЕЗИСТО ТИКСО — безусадочного модифицированного цементного состава, отличающегося высокой тиксотропностью (наносится слоем до 4 см за один проход по вертикали без опалубки) и армированного синтетическим волокном. Перед нанесением поверхность рекомендуется увлажнить до насыщения;

— при необходимости сформировать толстые слои бетона установить опалубку и использовать безусадочный сверхтекучий состав, армированный синтетическим волокном, РЕЗИСТО ФЛЮИД;

— отремонтированные поверхности следует выровнять, используя двухкомпонентный состав РЕЗИСЮ БИФИНИШИНГ, который содержит отборные инертные и гидравлические связующие компоненты и добавки с синтетическими полимерами, растворимыми в воде. Это гарантирует превосходную адгезию к поверхности, непроницаемость к воде и агрессивным газам атмосферы;

— сооружение должно быть защищено от карбонизации специальной защищающей и декоративной краской, содержащей акриловые смолы на основе растворителя — ИНДЕКОЛОР. Она непроницаема к воде и к двуокиси углерода, но позволяет воде испаряться.

Н.Н.Михайлова, В.А.Антропова, Е.П. Холошин

НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

СЕРТИФИКАЦИЯ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ.

Нормативно-техническая база в строительстве создавалась годами на основании анализа и обобщения теоретических и практических знаний в области строительства. Эта база разрабатывалась усилиями множества разнопрофильных научно-исследовательских коллективов под руководством заслуженных деятелей науки и техники. Основная задача — обеспечение должной несущей способности и безопасности зданий и сооружений.

Существующая нормативная база в целом удовлетворяет потребности строительной практики, несмотря на то, что многие СНиПы и стандарты не обновлялись уже много лет и даже десятков лет.

cyberleninka.ru

Что называют карбонизацией бетона?

Самой частой причиной разрушения бетона является карбонизация.

Будучи пористым, бетон хорошо впитывает углекислый газ, кислород и влагу, присутствующие в атмосфере. Способность бетона впитывать не влияет на прочность самой бетонной структуры, но оказывает пагубное воздействие на арматуру, которая при повреждении бетона попадает в кислотную среду и начинает корродировать.

Известь, образующаяся при гидратации цемента, создает в бетоне щелочную среду, с высоким показателем pH (около 12). Стальная арматура выпускается химически пассивной и защищенной от щелочей нереактивной пленкой (пассивационным слоем) оксидированного железа, что в некоторой степени защищает арматуру от окисления.

В пассивационный слой, покрывающий стальную арматуру в бетоне, проникает углекислый газ. Известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция (который снижает показатель pH), что приводит к коррозии стальной арматуры.

Ржавчина, формирующаяся при окислении арматуры, увеличивает ее объем, повышает внутреннее напряжение и приводит к разломам бетона и оголению корродирующей арматуры. Оголенная арматура разрушается еще стремительнее, что приводит к быстрому изнашиванию железобетонной конструкции.

Для антикоррозионной защиты строительной арматуры Компания КрасКо рекомендует:

Армасил — защита арматурной стали, бескислотный преобразователь ржавчины.

Защита от коррозии бетона — на сайте krasko.ru.

Вернуться к списку вопросов

Версия для печати

www.krasko.ru

Карбонизация бетона

. контакты 8 929 943 69 68 http://vk.com/club23595476 .

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ КАРБОНИЗАЦИИ БЕТОНА

Общие сведения о карбонизации бетона

Растворимость СаСО3 в 100 раз ниже, чем Са(ОН)2, поэтому карбонизация повышает стойкость бетона в мягких водах. Карбони­зационный слой цементного камня мало растворяется и значитель­но замедляет диффузию гидроксида кальция в окружающую среду (карбонизация приводит к повышении плотности по­верхностного слоя, однако не предотвращает его растворения полностью).

Глубина карбонизации цементного камня на воздухе при нор­мальном давлении СО2 невелика. Карбонизация свободной, а также частично связанной извести, находящейся на поверхности цемент­ного камня, в первые моменты времени идет быстро. Однако по мере углубления этот процесс замедляется. Глубина карбонизации повышается с увеличением длительности выдерживания цементного камня и бетона в естественных условиях и при пониженной плотности бетона. Искусственная карбонизация

поверхностного слоя при повышенной концентрации СО2 протекает гораздо интенсивнее.

Плотность бетона является важным фактором карбонизации, так время проникания угле­кислого газа в тело камня  с увеличением плотности может  увеличиться до 25 раз. Карбонизация происходит очень быстро при относительной влажности воздуха 50…70 % и гораздо медленнее, если относи­тельная влажность воздуха более 75 % или менее 45 %. При повышении влажности поры заполняются водой и СО2 должен сначала раство­риться и распространиться в воде, чтобы проникнуть в бетон. При пониженной влажности внутренняя жидкость не обладает свойствами, позволяющими ей хорошо растворять Са(ОН)2 и СО2.

Скорость карбонизации бетона зависит также от концентрации углекислого газа, вида цемента его дисперсности и В/Ц.

Одно из уравнений, отражающее кинетику карбонизации

X = a ?2 + b,

где X – глубина карбонизации, см; ? – время карбонизация, годы; a и b – числовые коэффициенты, зависящие от многих факторов, в т. ч. От В/Ц; количества и вида добавки; вида и количества цемента и других факторов.

Глубина карбонизации хорошо сохраненного бетона высокой плотности определяется температурой и.водоцементным отношением по почти линейной зависимости Карбонизация, повышая стойкость бетона к коррозии I вида, снижает долговечность железобетонных конструкций в надводных частях сооружений за счет потери бетоном защитных функций по отношению к стальной арматуре.

При ограниченном содержании в клинкере C3S стойкость це­ментного камня к выщелачиванию повышается, особенно значитель­но у цементного камня из белитовых клинкеров, что свидетельст­вует о важности связывания свободного гидроксида кальция для повышения стойкости цементного камня к выщелачиванию.

Стойкость портландцемента к. коррозии I вида повышается с помощью активным минеральных добавок, способных связывать Са(ОН)2 в ме­нее растворимые соединения.

По данным В.В. Кинда, в цементном камне через 28 суток водного твердения находится следующее количество Са(ОН)2, %:

– на портландцементе без добавок – 9,37;

– на портландцементе с добавкой 30 % трепела – 2,92;

– на портландцементе с добавкой 40 % трепела – 1,50;

– на портландцементе с добавкой 50 % трепела – 0,85.

При введении АМД образовавшиеся в результате реакции пуццоланизации низкоосн?вные гидросиликаты кальция склонны к значительному набуханию, что ведет к повышению плотности бетона. Можно рассчитать необходимое количество добавки для связывания всего выделившегося Са(ОН)2.

Исследования коррозионной стойкости бетонов на глинозе­мистом цементе показали, что она значительно выше, чем у порт­ландцемента. Это связано с тем, что образующийся при гидрата­ции глиноземистого цемента гидрат глинозема заполняет поры це­ментного камня и уплотняет его. Плотность цементного камня на глиноземистом цементе значительно выше, чем на портландцемен­те, следовательно, выше и сравнительная стойкость бетонов на глиноземистом цементе.

http://vk.com/club23595476 . контакты http://vk.com/club23595476 .

xn--90afcnmwva.xn--p1ai

карбонизация бетона — это… Что такое карбонизация бетона?

• Карбонизация бетона — – процесс взаимодействия цементного камня с углекислым газом, приводящий к снижению щелочности жидкой фазы бетона. [СТ СЭВ 4419 83] Карбонизация бетона – процесс взаимодействия цементного камня с углекис­лым газом, снижение щелочности жидкой базы …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• карбонизация бетона — Процесс взаимодействия цементного камня с углекислым газом, приводящий к снижению щелочности жидкой фазы бетона. [СТ СЭВ 4419 83] Тематики защита от коррозии в строительстве Обобщающие термины виды коррозии …   Справочник технического переводчика

• Карбонизация бетона — 22. Карбонизация бетона Процесс взаимодействия цементного камня с углекислым газом, приводящий к снижению щелочности жидкой фазы бетона Источник: СТ СЭВ 4419 83: Защита от коррозии в строительстве. Конструкции строительные. Термины и определения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• нейтрализация (карбонизация) бетона углекислым газом — 3.9 нейтрализация (карбонизация) бетона углекислым газом: Процесс взаимодействия бетона с углекислым газом, в результате которого происходит образование карбоната кальция со снижением рН жидкой фазы бетона и утратой бетоном пассивирующего… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Нейтрализация (карбонизация) бетона углекислым газом — – 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. [ГОСТ Р 52804 2007]… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• Нейтрализация (карбонизация) бетона — углекислым газом: процесс взаимодействия бетона с углекислым газом, в результате которого происходит образование карбоната кальция со снижением pH жидкой фазы бетона и утратой бетоном пассивирующего действия на стальную арматуру… Источник: ГОСТ …   Официальная терминология

• нейтрализация (карбонизация) бетона углекислым газом — 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. [ГОСТ Р 52804 2007] Тематики… …   Справочник технического переводчика

• Карбонизация — – химический процесс взаимодействия гидратных новообразований цементного камня, например Са(ОН)2, с углекислым газом в результате диффузии С02, приводящий к повышению плотности, прочности, а также к снижению pH поровой жидкости и, таким… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• Защита бетона — Термины рубрики: Защита бетона Защитные покрытия Кальматрон Нейтрализация (карбонизация) бетона углекислым газом Пропитка бетона …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• нейтрализация — 3.26 нейтрализация (neutralisation): Приведение аэрозоля к распределению зарядов Больцмана (число положительно и отрицательно заряженных ионов в аэрозоле одинаково). Источник: ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

dic.academic.ru

Влияние карбонизации бетона на долговечность строительных конструкций Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

теплоты населению и производству в зонах неустойчивого теплоснабжения; высокий рост цен на топливо и снижение вредных выбросов в окружающую среду от работы энергетических установок. В настоящее время потребляется в мире примерно 30 тысяч миллиардов киловатт-часов. Уровень материальной, а в конечном счете и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении.

Актуальным становится применение установок на базе солнечных коллекторов с совместной работой тепловых насосов для условий города Владивостока и Приморского края. В этом регионе наблюдается большое количество солнечных дней и использование их, значительно сократит потребление энергоносителей, и выбросов в окружающую среду вредных веществ. В условиях постоянно растущих цен на энергоносители и электроэнергию, экономическая эффективность этих решений должна стать предпосылкой для массового внедрения во все отрасли народного хозяйства установок при совместной работе солнечных коллекторов и теплового насоса.

В строительном институте установлена и введена, частично, в работу научно-исследовательская установка при совместной работе солнечных коллекторов и теплового насоса. Каждый день, в любую погоду, производятся снятия показаний теплоносителя и температуры в баке аккумуляторе независимо от погоды.

Для научно-исследовательской установки было выделено помещение в подвале Строительного института ДВГТУ, для расположения всего оборудования кроме солнечных коллекторов. На крыше ночного клуба В8В были установлены на специальном металлическом каркасе солнечные коллектора, направленные на южную сторону. Всего четыре солнечных коллектора с максимальной мощностью каждого 2,5 кВт.

Научно-исследовательская установка была достаточно проработана и на её основе можно проводить исследования как работы одельно тепловых насосов, так и солнечных коллекторов, а также их совместную работу, изучать как качественные так и количественные характеристики.

В Приморском крае постепенно проектируют и вводят в эксплуатацию такие установоки, но пока для небольших объектов — это дома коттеджного типа. Основной задачей для правильной и эффективной работы солнечных коллекторов является грамотный расчёт и монтаж. На данный момент все установки таких типов работают и каких-то неполадок пока не наблюдалось, но также надо учитывать то, что прошло ещё мало времени, чтобы делать более точную оценку работы установок. Хотя на западе данные виды установок себя показали с наилучшей стороны.

В.И. Лесная, В.Т. Гуляев

ВЛИЯНИЕ КАРБОНИЗАЦИИ БЕТОНА НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Все железобетонные конструкции, эксплуатирующиеся в воздушной среде, подвержены влиянию кислых газов. Поскольку концентрация углекислого газа в воздухе в 10 — Ю4 раз выше концентрации других кислых газов, основным процессом нейтрализации бетона является карбонизация. Количество углекислого г аза в атмосфере сельской местности составляет обычно 0,03% по объему или 600 мг/мЗ, в атмосфере городов и промышленных районов его концентрация может быть значительно более высокой и достигать 0,3% или 6000 мг/мЗ, а в воздухе цехов — до 1%. Будучи пористым, бетон хорошо поглощает углекислый газ, кислород и влагу, присутствующие в атмосфере. Способность бетона поглощать оказывает пагубное воздействие на арматуру, которая при повреждении бетона попадает в кислотную среду и начинает корродировать. Ржавчина, формирующаяся при окислении арматуры, увеличивает ее объем, повышает внутреннее напряжение и приводит к разломам бетона и оголению корродирующей арматуры. Оголенная арматура разрушается еще стремительнее, что приводит к быстрому изнашиванию железобетонной конструкции.

Углекислый газ С02, имеющийся в атмосфере, в присутствии влаги вступает во взаимодействие как с продуктами гидратации клинкерных минералов, так и с минералами цементного камня. Эго*взаимодействие происходит даже при малых концентрациях СО2 в атмосфере,

где парциальное давление С02 около Зх10~5МПа, в непроветриваемом помещении парциальное давление может составлять до 12х10°МПа.

В присутствии С02 карбонизуется Са(ОН)2 (гидрооксид кальция) бетона до СаСОз (карбонат кальция), в такие же реакции вступают и некоторые другие продукты гидратации цемента. Эти реакции могут протекать при низких концентрациях С02 в атмосфере, однако глубина карбонизации незначительна и медленно увеличивается во времени. Степень карбонизации увеличивается с увеличением концентрации С02 в воздухе. Карбонизация бетона и цементного камня зависит от множества внешних и внутренних факторов: относительная влажность атмосферного воздуха, проницаемость и пористость материала, температура, давление, условия гидратации и влажность цементного камня.

Взаимодействие гидрооксида кальция с углекислым газом описывается следующей реакцией: Са(ОН)2 + С02 = СаСОз + Н20

Гидратные новообразования цементного камня также могут подвергаться карбонизации, причем конечными продуктами реакции является целый спектр различных веществ: карбонат кальция, гидратированный кремнезем, глинозем, оксид железа. Полная реакция карбонизации ! С3$2Н3(тоберморита) выглядит следующим образом:

( ЗСаО- 2ВЮ2- ЗН20 + ЗС02-ЗСаС03+28Ю2+ЗН20

! Следует отметить, что карбонизация бетона положительно влияет на его прочность, так как

растворимость СаС03 почти в 100 раз ниже, чем Са(ОН)2. Процесс выщелачивания в таком бетоне протекает значительно медленнее. Карбонат кальция плохо растворяется в воде и, образуясь, стремится герметически закрыть поры на поверхности бетона. Карбонизация играет положительную роль, пока не дошла до глубоких слоев бетона, контактирующих с поверхностью стальной арматуры. Отрицательные последствия глубоко проникшей карбонизации связаны с понижением его щелочности и потерей бетоном химических свойств, предотвращающих коррозию стальной арматуры.

Известь, образующаяся при гидратации цемента, создает в бетоне щелочную среду с высоким показателем РЬ (водородный показатель поровой влаги цементного камня) =12-14. Обычно значение поровой воды в бетоне находится в пределах от 10,5 до 11,5. Известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция, который снижает показатель РЬ с 12,6 до 10 (для углекислого кальция) и падает ниже 10 для смеси углекислого кальция с бикарбонатом кальция Са(НС03). Многие исследователи условно считают, что как только РЬ бетона падает ниже 10, он теряет способность надежно защищать арматуру от коррозии, минимальным критическим значением РЬ для бетона считают величину 11,8. I Значения толщины слоя бетона, в которой он потерял защитные свойства по отношению к

1 арматуре, определяют индикаторным тестом и физико-химическим методом (методами РЬ и карбометрии). Так как показатель РЬ является основной количественной характеристикой перерождения цементного камня в карбонаты под воздействием внешней среды, он является универсальной характеристикой состояния бетона и его защитных свойств по отношению к арматуре. Используя 1% раствор фенолфталеина, растворенного в этане (основной кислотный индикатор), можно обнаружить глубину карбонизации, наблюдая за изменениями цвета от бесцветного до фиолетового. Это происходит из-за изменений содержания кислоты от 8,5 — 9 (карбонизация бетона) до более низкой величины РЬ. О карбонизации бетона при действии фенолфталеина свидетельствует появление розового цвета, тогда как бетон не подвергшийся карбонизации, сохраняет свою первоначальную окраску.

Исследования железобетонных конструкций показывают, что карбонизация бетона продолжается во все время их эксплуатации, однако процесс карбонизации не распространяется на значительную глубину. Исключение составляют конструкции, в которых был применен бетон не обладающей нужной плотностью, или когда концентрация С02 в сотни раз превышала его содержание в атмосферном воздухе.

Результаты натурных обследований эксплуатируемых объектов свидетельствуют о значительном увеличении в последние годы числа аварийных ситуаций вследствие карбонизации бетона и необходимости проведения масштабных работ по ремонту конструкций. В целом это ‘обусловлено приближением сроков эксплуатации зданий и сооружений к нормативным значениям для большей части объектов, построенных в 50-60-е годы — периода начала массового применения железобетона в России. Однако, имеются также многочисленные случаи раннего (через 10… 15 лет)

повреждения железобетона как из-за нарушения технологий изготовления конструкций, так и недооценки агрессивности среды.

В современных условиях возросла доля реконструируемых объектов, в которых новые условия эксплуатации могут существенно отличаться от параметров первоначального проекта, что также влияет на долговечность железобетона.

Необходимое условие обеспечения качества бетона — это контроль качества составляющих бетон ингредиентов и соблюдение рецептуры и технологии при приготовлении бетона. К сожалению, эти требования выполняются не всегда, и строители получают некачественный бетон, быстро разрушающийся под действием нагрузок и атмосферных воздействий.

Анализ повреждения железобетонных конструкций включает определение глубины карбонизации, степень воздействия среды, толщину стальной арматуры, обнаружение внутренних трещин и воздушных карманов. Цели восстановления конструкции можно сформулировать следующим образом: препятствовать разрастанию коррозии, восстановить химически пассивную среду для арматуры, устранить полости и пористость поверхности, препятствовать проникновению воды в бетон, создать антикарбонизационный барьер и. в конечном счете, восстановить нормальный внешний вид поверхности.

Для достижения этих целей рекомендуются следующая последовательность выполнения ремонтных работ:

— удалить старую штукатурку, следы масел, грязь и пыль до бетонной поверхности;

— если присутствует арматура, то ее следует зачистить до блеска металла, удаляя все следы ржавчины;

— сразу же после очистки арматуру следует защитить от дальнейшего окисления, покрывая ее в два слоя с помощью кисти жидким раствором, который состоит из 1 части СТРАТО 4900 и 1 части цемента;

— восстановление бетона производиться с помощью РЕЗИСТО ТИКСО — безусадочного модифицированного цементного состава, отличающегося высокой тиксотропностью (наносится слоем до 4 см за один проход по вертикали без опалубки) и армированного синтетическим волокном. Перед нанесением поверхность рекомендуется увлажнить до насыщения;

— при необходимости сформировать толстые слои бетона установить опалубку и использовать безусадочный сверхтекучий состав, армированный синтетическим волокном, РЕЗИСТО ФЛЮИД;

— отремонтированные поверхности следует выровнять, используя двухкомпонентный состав РЕЗИСЮ БИФИНИШИНГ, который содержит отборные инертные и гидравлические связующие компоненты и добавки с синтетическими полимерами, растворимыми в воде. Это гарантирует превосходную адгезию к поверхности, непроницаемость к воде и агрессивным газам атмосферы;

— сооружение должно быть защищено от карбонизации специальной защищающей и декоративной краской, содержащей акриловые смолы на основе растворителя — ИНДЕКОЛОР. Она непроницаема к воде и к двуокиси углерода, но позволяет воде испаряться.

Н.Н.Михайлова, В.А.Антропова, Е.П. Холошин

НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

СЕРТИФИКАЦИЯ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ.

Нормативно-техническая база в строительстве создавалась годами на основании анализа и обобщения теоретических и практических знаний в области строительства. Эта база разрабатывалась усилиями множества разнопрофильных научно-исследовательских коллективов под руководством заслуженных деятелей науки и техники. Основная задача — обеспечение должной несущей способности и безопасности зданий и сооружений.

Существующая нормативная база в целом удовлетворяет потребности строительной практики, несмотря на то, что многие СНиПы и стандарты не обновлялись уже много лет и даже десятков лет.

Карбонизация бетона

Со временем CO2 в атмосфере вступает в реакцию с оксидом кальция в бетоне с образованием карбоната кальция; процесс, называемый карбонизацией.

По сути, это обратный химический процесс, который происходит при производстве цемента, используемого в бетоне, то есть обжиг извести в цементных печах, на который приходится большая часть заключенного в бетоне СО2. Карбонизация — это медленный и непрерывный процесс, который начинается с движения внешней поверхности внутрь.

В течение жизненного цикла бетона карбонизация приведет к реабсорбции около трети CO2, выделяемого при производстве цемента, что значительно снижает общий след CO2 как цемента, так и бетона, для которого он используется. По этой причине важно учитывать экологические преимущества карбонизации при проведении оценки жизненного цикла бетона и построенных из него зданий.

Если фронт карбонизации достигает стальной арматуры, это может вызвать коррозию, поэтому конструкция конструкционного бетона целенаправленно ограничивает скорость карбонизации, предотвращая возникновение этой проблемы в течение срока службы зданий и инфраструктуры.Однако степень карбонизации повышается на стадии окончания срока службы, когда бетон измельчается для повторного использования в качестве заполнителя.

Процесс дробления значительно увеличивает площадь поверхности материала, что позволяет легче абсорбировать CO2. Хотя процесс разрушения и сноса в конце срока службы может быть сравнительно коротким, в результате карбонизация на этом этапе имеет большое значение.

Помимо прямого поглощения атмосферного CO2, недавно измельченный бетонный заполнитель также подвергается карбонизации в результате выщелачивания под воздействием дождя; процесс, который, как было показано, значительно увеличивает скорость карбонизации.Дальнейшее поглощение CO2 происходит на этапе вторичной эксплуатации материала, когда переработанный заполнитель используется в различных сферах применения.

В бетоне с более низкой прочностью, где не используется стальная арматура, например блоки, карбонизация происходит быстрее в течение всего срока службы, так как CO2 может легче проникать в материал. Помимо поглощения CO2, процесс карбонизации также может повысить прочность этих материалов, и в отсутствие стальной арматуры их срок службы может измеряться сотнями, а не десятками лет.Пантеон в Риме, построенный около 1900 лет назад, является наглядным свидетельством этого.

Для получения дополнительной информации о карбонизации см. Углерод в организме и здания.

КАРБОНАЦИЯ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ — Конструктор

🕑 Время считывания: 1 минута

Карбонизация бетонных конструкций

Микроструктура бетона такова, что он имеет капиллярные поры до 28%. Размер пор зависит от качества бетона и наличия воды во время смешивания бетона.Создание более плотного бетона с меньшим соотношением вода / цемент уменьшает количество пор. Эти поры образуются за счет испарения лишней свободной воды при укреплении бетонной массы. Эти поры связаны между собой и уходят внутрь бетонной массы с поверхности бетонных конструкций.

Карбонизация бетона — это процесс, при котором двуокись углерода из воздуха проникает в бетон через поры и вступает в реакцию с гидроксидом кальция с образованием карбонатов кальция. Было видно, что преобразование Ca (OH) ₂ в CaCO ₃ под действием CO ₂ приводит к небольшой усадке.

Мы увидим еще один аспект карбонизации, поскольку CO2 сам по себе не является реактивным. В присутствии влаги CO ₂ превращается в разбавленную угольную кислоту, которая разрушает бетон, а также снижает щелочность бетона (т.е. снижает значение pH).

Воздух содержит CO ₂ . Концентрация CO ₂ в воздухе сельской местности может составлять около 0,03 процента по объему. В крупных городах содержание может доходить до 0,3%, а в исключительных случаях — даже до 1.0 процентов. В туннеле, если он плохо проветривается, интенсивность может быть намного выше.

Значение pH поровой воды в затвердевшем бетоне обычно составляет от 12,5 до 13,5 в зависимости от содержания щелочи в цементе. Высокая щелочность образует тонкий пассивирующий слой вокруг стальной арматуры и защищает ее от воздействия кислорода и воды. Пока сталь находится в сильно щелочном состоянии, она не подвергается коррозии. Такое состояние известно как пассивация .

На практике CO ₂ присутствует в атмосфере в большей или меньшей концентрации, проникает в бетон, карбонизирует его и снижает щелочность бетона.Значение pH поровой воды в затвердевшем цементном тесте, которое составляло около 13, будет снижено примерно до 9,0. Когда весь Ca (OH) ₂ станет карбонизированным, значение pH снизится примерно до 8,3. При таком низком значении pH защитный слой разрушается, и сталь подвергается коррозии.

Карбонизация бетона — одна из основных причин коррозии арматуры. Конечно, кислород и влага — другие компоненты, необходимые для коррозии закладной стали.

Подробнее о Прочность бетона

Карбонизация — обзор | Темы ScienceDirect

Карбонизация — это процесс образования карбоната кальция в результате реакции диоксида углерода с конкретными составляющими гидроксида кальция, алюминатами и силикатами. Этот процесс приводит к возникновению коррозии арматуры в железобетоне (Лимбахия и др., 2012). Сообщалось, что увеличение RCA% привело к увеличению глубины карбонизации бетона (Лимбахия и др., 2012). Это наблюдение объясняется более высокой пористостью RAC по сравнению с NAC. Кроме того, поскольку процесс карбонизации в бетоне происходит при относительной влажности 40–70%, а RAC демонстрирует высокое водопоглощение, RAC обычно имеет более высокое содержание влаги по сравнению с NAC. Это также может объяснить более низкую устойчивость RAC к атаке карбонизации, чем у NAC (Limbachiya et al., 2012). Kou and Poon (2012, 2013) изучали глубину карбонизации RAC, содержащего ЖК. На рис. 15.10 показано изменение глубины карбонизации RAC в зависимости от времени воздействия карбонизации (Kou and Poon, 2012, 2013).Как видно на рисунке, при заданном времени выдержки использование заполнителей из вторичного бетона в бетоне снизило сопротивление бетона карбонизации, что объясняется более пористой природой вторичных заполнителей, чем у природных заполнителей ( Евангелиста и де Брито, 2010). На рисунке также можно увидеть, что увеличение времени воздействия карбонизации привело к увеличению глубины карбонизации бетона, и это увеличение было более значительным при периоде воздействия от 28 до 90 дней.Как видно на рис. 15.10, введение 25% ЖК привело к увеличению (~ 10%) глубины карбонизации RAC, а дальнейшее увеличение содержания ЖК до 35% привело к дальнейшему увеличению (~ 20%). ) в глубину карбонизации RAC. Это наблюдение связано с более низким содержанием гидроксида кальция в ЖК, чем в портландцементе (Sulapha et al., 2003; Khunthongkeaw et al., 2006).

Рис. 15.10. Изменение глубины карбонизации RAC RCA% от 0%, 50% и 100% в зависимости от времени воздействия.

de Brito et al. (2016) изучили влияние использования суперпластификатора на карбонизацию RAC и сообщили, что при заданном времени выдержки использование суперпластификатора в RAC привело к уменьшению глубины карбонизации бетона. Это наблюдение связано с более высокой плотностью и более низкой проницаемостью цементной матрицы RAC, содержащего суперпластификатор (de Brito et al., 2016).

Карбонизация бетона — Анализ строительных дефектов

Карбонизация бетона

Кейт Аллен (Malone Associates Ltd)

Выдувной бетон, вызванный карбонизацией

В последнее время мы завершили ряд проектов. -традиционные свойства и высотные блоки, в которых мы должны были учитывать влияние карбонизации бетона на структуру.Это включало количественную оценку количества дефектов, чтобы мы могли выставить тендер на ремонт бетона. Помимо локального ремонта, есть еще одно соображение относительно того, как мы ограничим будущие последствия карбонизации.

Что такое карбонизация?

Бетон является сильно щелочным материалом, и если он не карбонизирован, его pH составляет около 12,6. Карбонизация начинается на поверхности бетона и в конечном итоге может достигать глубины стальной арматуры в бетоне.Арматурные стержни требуются в большинстве бетонных конструкций, поскольку бетон прочен на сжатие, но слаб при растяжении, поэтому для обеспечения прочности на растяжение добавляется арматура. Щелочное состояние бетона обеспечивает пассивный резистивный слой на поверхности стальной арматуры, предотвращающий коррозию.

Коррозия и растрескивание арматуры, вызванные карбонизацией

При контакте бетона с углекислым газом и другими загрязняющими веществами в воздухе может произойти реакция.Углекислый газ может образовывать углекислоту с водой в цементе, которая затем нейтрализует щелочное состояние бетона. Если это происходит, карбонизация проходит через бетон как фронт, который постепенно снижает значение pH до 8pH; нейтральный — 7pH. Однако коррозия арматуры может произойти, если значение pH упадет ниже 11pH.

Сроки карбонизации определяют разные факторы, например, качество бетона. Например, если цемент очень пористый или имеет низкое содержание цемента, сроки будут значительно короче, чем если бы бетон не очень пористый и имел высокое содержание цемента.

Важность бетонного покрытия

Термин бетонное покрытие означает расстояние от встроенной арматуры до внешней поверхности бетона. Это расстояние важно для структурной целостности, прочности, защиты арматуры от коррозии и огня. Обычно мы не хотели бы видеть бетонное покрытие менее 50 мм, однако многие нетрадиционные здания, построенные в 50-х и 60-х годах, имели перекрытие менее 10 мм.

Бетонное покрытие можно точно измерить с помощью измерителя покрытия, который является неинвазивным устройством.Измеритель покрытия использует электромагнитные импульсы для определения местоположения стержня арматуры. «BS 1881-204: Испытание бетона» следует использовать для получения информации при использовании электромагнитных измерителей покрытия. Мы используем микроконтроллер Kolectric MC8020.

Процесс коррозии арматуры

Если бетонное покрытие, окружающее армированный стержень, недостаточно, то стержень будет подвержен коррозии, так как фронт карбонизации не должен далеко перемещаться. Как только пассивный резистивный слой будет потерян, встроенная сталь начнет корродировать.Коррозия — это реакция расширения, и именно эта реакция расширения вызывает растрескивание и отслаивание бетона. Трещины позволяют прямому проникновению воды, что может еще больше ускорить разрушение бетона. В частности, здания с бетонным каркасом, построенные с 1950-х до конца 1960-х годов, имели недостаточную глубину бетонного покрытия. Не было ничего необычного в том, что арматурные стержни подвергались коррозии, что приводило к растрескиванию и отслаиванию крышек с течением времени. Это было особенно распространено в 1950-1960-х годах из-за того, что архитекторы стремились к эстетически приятной собственности.

West Midlands Projects

Недавно мы работали над проектом в Уэст-Мидлендсе, жилым домом с бетонным каркасом. На территории было много дефектов, включая карбонизацию бетона, и мы были обязаны написать спецификацию ремонта бетона после завершения первоначальных изыскательских работ.

Бетон с трещинами из-за корродированной закладной стали

На соседней фотографии показана железобетонная перемычка, страдающая карбонизацией.Скорее всего, это связано с недостаточным покрытием бетона, что со временем приводит к коррозии арматурного стержня, когда углекислый газ и вода воздействуют на бетон. Впоследствии щелочное число в бетоне снижается, что увеличивает риск коррозии арматуры.

Оценка глубины карбонизации

Как упоминалось ранее, скорость, с которой карбонизация распространяется на большую глубину, зависит от факторов бетона и окружающей среды.Однако важно сделать вывод о глубине карбонизации, и ее можно определить с помощью индикаторного раствора фенолфталеина. Раствор состоит из 1 г фенолфталеина, растворенного в 50 мл спирта и дополнительно разбавленного 100 мл деионизированной воды.

Этот раствор применяется для недавно разбитого бетона; Если на бетоне появилось пурпурное пятно, то значение pH выше 9, что означает, что карбонизации не произошло. Однако, если раствор, нанесенный на бетон, остается бесцветным, то значение pH ниже 9 — это означает, что произошла карбонизация.

Глубина, на которую распространяется окрашенный раствор, зависит от того, насколько глубока карбонизация. Важно оставить испытанный бетон на 24 часа до измерения глубины.

Методы профилактики и ремонта

Сборная панель с удаленной окалиной арматурой, готовая к ремонту бетона.

Предотвращение и замедление карбонизации бетона — простой метод. На очищенную поверхность бетона можно наносить антикарбонизирующие покрытия для предотвращения попадания углекислого газа и других загрязняющих веществ.Этот метод должен предотвратить карбонизацию примерно на 10 лет.

Арматура подготовлена ​​к ремонтному раствору.

Однако, если карбонизация уже произошла, методы ремонта не так просты. Чтобы отремонтировать газированный бетон с использованием арматурного стержня, необходимо выполнить следующие действия. Во-первых, работы должны соответствовать EN 1504: Принцип 11 — Предотвращение коррозии стальной арматуры.

Армированный стержень необходимо очистить от накипи и очистить, чтобы можно было нанести антикоррозийное покрытие.Это покрытие изолирует стержень и защищает его от воды и химикатов, которые могут вызвать дальнейшую коррозию. Затем необходимо заменить недостающий бетон; если используется более высокое отношение цемента к воде, карбонизация будет происходить медленнее. Кроме того, как только ремонтный раствор затвердеет, можно нанести антикарбонизирующее покрытие, чтобы предотвратить карбонизацию бетона.

Завершенный ремонт бетона с антикарбонизационным покрытием

Карбонизация | Concrete Experts International

В следующем небольшом словаре описаны некоторые термины, используемые при исследовании и описании бетона.

Агломерат: 3 или более воздушных пустот в тесном контакте

Заполнитель : Компонент бетона, состоящий из фракции крупного заполнителя (более 4 мм) и фракции мелкого заполнителя (менее 4 мм)

Алит: Трикальцийсиликат, C3S (3CaO-SiO2), природный минерал, присутствующий в обычном портландцементе.

Реакция щелочного кремнезема: Взаимодействие кремнезема в заполнителях (например, кремня, кремень, микрокристаллический кварц), щелочи (из цемента, противообледенительной соли, морской воды), гидроксида кальция и воды.Щелочная реакция кремнезема вызывает расширение заполнителей и образование трещин, исходящих из окружающего цементного теста.

Щелочной силикагель: Продукт реакции щелочного кремнезема. Гель обычно прозрачный, прозрачный и некристаллический (аморфный), хотя в некоторых случаях он может кристаллизоваться. Он расширяется при водопоглощении. Гель обычно находится на подкладке или заполнении трещин и воздушных пустот.

Алюминатная фаза: Трикальцийалюминат, C3A (3CaO-Al2O3)

Ангидрат: CaSO4

Белит: Дикальцийсиликат, C2S (2CaO-SiO2), природный минерал, встречающийся в портландцементе.

Кровотечение: Отделение воды в бетоне. «Кровотечение» — это явление, при котором вода мигрирует к поверхности бетона и собирается на поверхности или под крупными заполнителями. Видны как узкие пустоты вдоль границы раздела между заполнителем и цементным тестом. Гидроксид кальция может откладываться в пустотах.

Карбонат кальция: CaCO3, кальцит, обнаруженный в виде отложений в пустотах и ​​трещинах, а также на поверхности.

Гидроксид кальция: Ca (OH) 2, портландит, продукт гидратации C3S и C2S.Проявляется повсюду в негазированном цементном тесте и иногда в виде более крупных кристаллов в пустотах и ​​трещинах.

Карбонизация: Преобразование содержащих кальций компонентов бетона в результате реакции с двуокисью углерода в воздухе. Гидроксид кальция превращается в карбонат кальция, и, следовательно, паста становится химически нейтральной.

Цемент: Видимые минералы цемента: C3S, C2S и C4AF. C3A не видно.

Цементная паста: Соединение продуктов гидратации от реакции цемент-вода и негидратированного цемента.Микрокремнезем (MS) и летучая зола (FA) обычно обрабатываются как часть пасты.

Трещины: Разделены на 3 группы в зависимости от их ширины: крупные трещины — это трещины шириной более 0,1 мм, мелкие трещины варьируются от 0,01 до 0,1 мм и микротрещины менее 0,01 мм. В цементном тесте обычно появляются трещины; однако иногда агрегаты пересекаются. Трещины образуются либо на ранней стадии (пластическая стадия), либо на более поздней стадии (стадия полного затвердевания) жизненного цикла бетона.

Отсроченное образование эттрингита (DEF): Затвердевший бетон, подвергшийся высокотемпературному тепловому отверждению или высокой температуре внутреннего тепла гидратации, может страдать от расширения и растрескивания во время последующего воздействия влаги.DEF диагностируется по наличию зазоров вокруг частиц заполнителя.

Вовлеченный воздух: Обычно определяется как сферические воздушные пустоты малого и среднего размера с максимальным размером 0,5 — 1 мм

Вовлеченный воздух: Состоит из воздушных пустот неправильной и угловой формы всех размеров

Эттрингит: 3CaO.Al2O3 .3CaSO4.32h3O. Игольчатые кристаллы гидрата сульфоалюмината кальция, образующиеся составляющими цементного теста, включая гипс. Он также производится сульфатным воздействием на бетон.

Ферритная фаза: Тетракальцийалюминатферрит, C4AF (4CaO-Al2O3-Fe2O3)

Заполненные пустоты: Воздушные пустоты с полным или частичным заполнением, например щелочной силикагель, эттрингит, гидроксид кальция, карбонат кальция или гипс.

Соль Фриделя (монохлорид): 3CaO.Al2O3.CaCl2.10h3O

Зазоры: Трещины, наблюдаемые по всей поверхности частиц заполнителя в зоне раздела между заполнителем и цементным тестом. Зазоры могут быть пустыми или частично или полностью заполненными эттрингитом.Ширина промежутков положительно коррелирует с размером агрегата. Разрывы свидетельствуют о некотором расширении пасты, происходящем из-за замедленного образования эттрингита (DEF), замораживания / оттаивания и сульфатной атаки.

Гипс: CaSO4.2h3O, сульфат кальция, который является обычным компонентом цемента. Он также образуется при воздействии кислоты (серной кислоты) на бетон.

Гидратация: Взаимодействие между цементом и водой с образованием цементного геля (цементное тесто, цементный клей), служащего клеем для бетона.

Моносульфат: 3CaO.Al2O3.CaSO4.12h3O

Пластическая усадка: Усадка, вызванная сильным высыханием свежеуложенного бетона. В результате на бетонной поверхности часто возникают пластические усадочные трещины.

Оседание пластика: Оседание свежего бетона, часто вызывающее пластические трещины оседания.

Перекристаллизация: Растворение кристаллов и повторное отложение либо того же минерала в другой форме, либо новых минералов, в основном стабилизированных из-за присутствия воды.

Сегрегация: «Сегрегация» — это явление, при котором бетон не имеет внутренней адгезии, и раствор (поэтому отделяется от крупных заполнителей.

Таумазит: CaSiO3.CaSO4.CaCO3. Минерал, не содержащийся в бетоне в естественных условиях • Таумазит может встречаться в бетоне, страдающем от сульфатной атаки. Присутствие таумазита зависит в соответствии с литературными данными от температуры и присутствия диоксида углерода.

w / c соотношение: Отношение воды к цементу по массе цементного теста.Если цементная паста содержит летучую золу (FA) или микрокремнезем (MS), добавление этих материалов можно учесть с помощью коэффициента активности и рассчитать эквивалентное в / ц соотношение.

Карбонизация железобетона — Ronacrete

Утрата пассивности — недавняя мудрость

Потеря пассивности происходит примерно при pH 11. Карбонизация бетона, вызванная двуокисью углерода в атмосфере, снижает pH. Следовательно, может возникнуть коррозия в зоне перед фронтом, определяемым индикатором фенолфталеина.Обычно изменение pH происходит в этой зоне, которая находится всего на несколько миллиметров впереди, и метод фенолфталеина дает хорошее представление о местоположении фронта дестассивации. (Concrete Society — Глубина карбонизации)

Влияние карбонизации на пороговое значение концентраций хлоридов, необходимых для начала коррозии

В бетоне с pH 12-13 требуется от 7000 до 8000 ppm хлоридов, чтобы вызвать коррозию закладной стали.Этот порог снижается до уровня ниже 100 ppm в бетоне с pH 10-11. И наоборот, процесс карбонизации значительно замедлился из-за наличия хлоридов в образцах бетона; глубина границы карбонизации уменьшилась, а профиль потребляемого ОН- стал скромным.

Выводы

Результаты исследований, предполагающие, что коррозия, вызванная CO ₂ , может происходить в 5-10 мм перед фронтом карбонизации, как показывает фенолфталеиновый тест, явно вызывают беспокойство, особенно с учетом повышения глобальной концентрации CO ₂ , которая может увеличить угрозу Коррозия в железобетоне и специалисты по строительству должны учитывать результаты таких исследований и их значение для приемлемого покрытия арматуры.Возможно, потребуется увеличенная глубина армирующего покрытия (если ранее указанное покрытие было основано на исследованиях, в которых для определения поведения использовался фенолфталеиновый тест), если желаемый срок службы конструкции должен быть достигнут.

Ronacrete Продукты для ремонта и защиты бетона

Ronacrete Standard Primer грунтовка для полимерно-цементного раствора

Ronacrete Rapid Primer быстротвердеющая грунтовка на основе полимера / цементного раствора для RonaBond HB40 Ultra Rapid

RonaBond HB25 высокослойный ремонтный раствор, модифицированный полимером

RonaBond HB40, высокопрочный ремонтный раствор средней прочности, модифицированный полимером

RonaBond HB40 Ultra Rapid Средней прочности высокоструктурированный быстротвердеющий ремонтный раствор, модифицированный полимером

RonaBond Ремонтный раствор для бетона, модифицированный полимером ремонтный раствор для конструкций

Обтекатель, модифицированный полимером, RonaBond Easy Skim FC

Ronafix Предварительно упакованная штукатурка / стяжка водостойкая, модифицированная полимером тонкая стяжка и штукатурка

RonaBond Anti Carbonation Coating WB акриловое покрытие на водной основе

RonaBond Crack Bridging Anti Carbonation Primer S Грунтовка на основе растворителя

RonaBond Crack Bridging Anti Carbonation Primer WB грунтовка на водной основе

RonaBond Покрытие, перекрывающее трещины, антикарбонизирующее покрытие WB, эластомерное акрил / силоксановое покрытие на водной основе

Дополнительная литература

Глубина карбонизации в бетоне структурного качества — оценка доказательств исследований

структур и из других источников, Currie R.J., Отчет строительного научно-исследовательского учреждения, Строительное исследование

Station, Гарстон, Уотфорд WD 2JR, Великобритания

Обзор карбонизации в железобетоне, Parrott L.J., Cement and Concrete Association, Wexham

Springs, Slough SL3 5PL, Великобритания

Карбонизация, коррозия и стандартизация, Парротт, Л.Дж., Защита бетона, Труды

Международная конференция, проведенная в Университете Данди, Шотландия, Великобритания, сентябрь 1990 г., редакция

Равиндра К.Дир и Джеффри В. Грин, Чепмен и Холл, 2-6 Boundary Road, Лондон SE1 8HN

Определение и продление оставшегося срока службы железобетонных конструкций Джон П. Брумфилд, консультанты по коррозии Broomfield, электронная почта: [email protected].

«Эффективный анализ затрат на ремонт железобетонных конструкций, поврежденных коррозией», Департамент торговли и промышленности, http://projects.bre.co.uk/rebarcorrosioncost (3 сентября 2015 г.).

1. Тилли, «Прошлые работы по ремонту бетона», Бетонные решения: материалы 2-й Международной конференции (Санкт-Петербург).Мало, Франция: BRE Press, 2006).

Карбонизация в монолитном бетоне возрастом 36 лет

LJ Parrott, DC Killoh — Исследование цемента и бетона, 1989

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.