Карбонизация бетона

Карбонизация бетона — это химический процесс, при котором углекислый газ (CO2) из атмосферы взаимодействует с гидроксидом кальция (Ca(OH)2), содержащимся в бетоне, превращая его в карбонат кальция (CaCO3). Этот процесс приводит к снижению pH бетона с его изначально щелочного значения (около 12-13) до более нейтрального. Изначально высокий уровень pH необходим для защиты арматурной стали внутри бетона от коррозии, так как он создаёт на её поверхности пассивирующий слой оксидов. По мере прогрессирования карбонизации и снижения уровня pH этот защитный слой бетона становится менее стойким, что увеличивает риск коррозии стальной арматуры.

Карбонизация бетона происходит со временем и может ускоряться при наличии определенных условий, таких как высокая влажность, повышенная концентрация углекислого газа в воздухе и наличие трещин в бетоне, через которые CO2 может проникать вглубь конструкции. Несмотря на то что карбонизация является естественным процессом старения бетона, она может негативно повлиять на долговечность и прочность бетонных конструкций, особенно тех, которые подвергаются значительным нагрузкам и агрессивным внешним воздействиям.

Для минимизации эффектов карбонизации и защиты бетонных конструкций применяются различные методы, включая использование бетонов с низкой проницаемостью, защитные покрытия и анодную защиту арматуры. Кроме того, регулярное техническое обслуживание и мониторинг состояния бетона и конструкций помогают своевременно выявлять признаки карбонизации и предпринимать необходимые меры для предотвращения коррозии арматуры и ухудшения характеристик бетона.

Оценка диффузионной проницаемости бетона по отношению к углекислому газу

Определение диффузионной способности бетона пропускать углекислый газ имеет ключевое значение для:

Вычисления временного промежутка, за который происходит утрата бетоном его защитных свойств в условиях газовой атмосферы, а также для оценки срока службы железобетонных изделий в контексте коррозии стальной арматуры;
Выбора составов и методов производства бетона для использования в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в условиях с определенным уровнем углекислоты.

В случаях, когда прямой забор проб из бетонной конструкции на строительной площадке невозможен, применяется методика индикации для определения уровня pH.

Для этого используются кислотно-основные индикаторы — органические красители, чьи цветовые изменения показывают уровень pH среды. В таких исследованиях часто применяется фенолфталеин C20H14O4, изменяющий цвет в зависимости от кислотности или щелочности среды.

Порядок проведения испытаний карбонизации бетона

Процесс выполнения тестов бетона включает следующие шаги:

Создание спиртового раствора для индикатора, путем растворения 1 грамма вещества в 80 мл этилового спирта, далее добавляется вода до общего объема в 100 мл (концентрация раствора составляет 1%). Важно использовать специальные добавки для максимальной эффективности смесей.
Нанесение подготовленного индикатора на недавно сделанный откол бетона на исследуемом объекте или на образцы бетонной пыли, полученные путем сверления на разной глубине из нескольких мест. Взаимодействие индикатора с окружающей средой позволяет наблюдать реакцию изменения цвета с бесцветного на красно-фиолетовый, когда pH находится в диапазоне от 8,2 до 10. Это изменение представляет собой показатель важности контроля за состоянием бетона, поскольку понижение pH поровой жидкой воды до уровня 10 вблизи арматуры является причиной потери бетоном его защитных функций против коррозии арматуры из железа. Проникновение влаги и кислорода в поры и микротрещины в бетоне влияет на пористость и может привести к разрушениям. В строительстве новые технологии и цементные смеси на основе современных гидроизоляционных и ремонтных решений позволяют снизить риск разрушения, ограничивая количество влаги, способной проникнуть в глубину материала.
Глубину зоны карбонизации от поверхности конструкции измеряют штангенциркулем, что позволяет оценить толщину защитного слоя и необходимость его восстановления. Это важно для обеспечения долговечности и надежности железобетонных конструкций, предотвращения возможных факторов разрушения и обеспечения безопасности строительных и ремонтных работ.

Поэтому, понимание и контроль процесса карбонизации в железобетонных конструкциях является ключевым аспектом обслуживания и ремонта дорог, мостов и других объектов инфраструктуры, где должны использоваться новейшие материалы и технологии для достижения максимальной эффективности и снижения цен на ремонтные работы.