24.01.2021

Карбонизация бетона


При действии на бетон углекислого газа в естественных условиях он карбонизируется. Концентрация CO2 в воздухе обычно 0,02—0,03%, внутри жилых помещений может достигать 0,1%. Углекислый газ карбонизирует не только Ca(ОН)2, но может взаимодействовать с~85% всей твердой фазы, в том числе гидросиликатами и гидроалюминатами кальция, гидроокисью магния и т.д.

Определение глубины карбонизированного слоя колориметрическим методом состоит в раскалывании бетона в заданном месте и смачивании свежеобразованной поверхности скола 0,1%-ным спиртовым раствором фенолфталеина. В тех местах, где бетон карбонизировался, его поверхность не меняет цвета, а в местах, где сохранилась щелочная реакция, поверхность окрашивается в ярко-малиновый цвет.

С помощью колориметрического фенолфталеинового метода выявляется глубина полностью прокарбонизированного слоя, в то время как частичная карбонизация, также изменяющая свойства бетона, проходит на большую глубину и этим методом не выявляется.

Метод определения диффузионной проницаемости бетона для CO2 и оценка по этим испытаниям защитных свойств бетона по отношению к арматуре разработаны в НИИЖБ. Эффективный коэффициент диффузии D определяют на образцах (кубы, призмы) с минимальным размером рабочей грани 7 см и толщиной не менее 3 см. Все поверхности образца, кроме рабочей грани, покрывают изоляционной (например, парафино-канифольной) мастикой.

Для испытаний служит рабочая герметическая камера, соединенная через редуктор с баллоном CO2 с подсоединенным к камере химическим газоанализатором, например типа ГХП-4. В камере находятся этажерки для образцов, вентилятор, ванна с насыщенным раствором NaCl для обеспечения ф=75±3% при 20±5° С и термометр. Содержание в камере CO2 проверяют газоанализатором (с точностью 0,1%) и поддерживают концентрацию газа 10±0,5% (по объему). Замеры проводят два раза в смену, а в первый и второй день испытаний соответственно через 1 и 2 ч. Рекомендуется применять установки с автоматической регулировкой концентрации СО2. Образцы выдерживают в камере 14 сут, но не более того периода, в течение которого образец будет нейтрализован на половину толщины.

После выдерживания образец раскалывают, смачивают свежерасколотую поверхность 0,1%-ным раствором фенолфталеина и замеряют через каждый 1 см толщину карбонизированного (не окрашенного) слоя. Пo данным частных измерений, хi определяют среднее х и границы поля допуска ±Ах. Значение D рассчитывают по хмакс = х+Aх по формуле:
Карбонизация бетона

где х — время выдерживания образцов в камере, с; с —концентрация CO2, относительные величины; m0 — реакционная емкость бетона или объем газа, поглощенный единицей объема бетона.

Для измерения m0 методами химического анализа определяют содержание связанного CO2 в 1 см3 бетона карбонизированного слоя m1 и в 1 см3 бетона, не подвергавшегося действию газа m2: m0=m1—m2. Вычисленное значение не должно превышать определенных в НИИЖБ значений Dмакс.

Степень карбонизации измерением щелочности может быть определена по стандарту ГДР (TGL 21094/13). Для этого отбирают пробу бетона (из трех мест для каждого слоя) массой m1=30±3 г. Пробу просушивают до постоянной массы при 105° С, взвешивают m2, затем измельчают до размера частиц 0—2 мм и помещают на 20 ч в экстрактор. В приемную колбу экстрактора наливают 150 мл дистиллированной воды и кипятят ее. Пар при этом поступает в экстрактор, конденсируется и образовавшаяся вода растворяет щелочи в пробе бетона.

В охлажденную вытяжку добавляют 25 мм HCl, колбу повторно помещают на короткое время в экстрактор, после чего содержимое переливают в колбу вместимостью 250 мл, добавляют до метки дистиллированную воду, отбирают 50 мл и титруют их 0,1 N раствором NaOH. Затем ведут расчет по формуле

где AK — характеристика степени карбонизации; V1 — суммарное количество вытяжки с HCl, т.е. 250 мл; a1 — объем вытяжки для титрования, т.е. 50 мл; а2 — количество 0,1N NaOH, израсходованное на титрование; Am — влажность, равная m1—m2, мл воды.

При AK < 0 рассчитывают щелочность: pH=12,5+AK.

Глубина карбонизации x2 в определенный срок т2 может быть определена расчетно-экспериментальным методом на основании измерения фактической глубины карбонизации х1 в более ранний срок т1. Для этого образец из бетона, соответствующего по составу и технологии бетону конструкции, подвергают карбонизации (т1 больше 7 сут) при концентрации углекислого газа C1 = 5—10%, после чего измеряют х1. Затем, подставляя значение эксплуатационной концентрации углекислого газа C2 и измеренные величины, вычисляют глубину карбонизации в расчетный период по формуле:

Усадка бетона при карбонизации зависит от влажности среды, что следует учитывать при проведении экспериментов. Максимальная усадка наблюдается при ф=55%.

Исследование влияния карбонизации на усадку бетона рекомендуется проводить по следующей методике. В качестве образцов применяют призмы с заделанными при бетонировании упорами. Образцы помещают в эксикатор или другую герметически закрытую емкость, где поддерживается влажность 50—60% и температура 20±2°С. В эксикатор из баллона с товарной углекислотой через газомер подают CO2. Концентрацию CO2 устанавливают в пределах 10—20% и поддерживают постоянной в течение всего опыта. В таких условиях скорость карбонизации по сравнению с естественными условиями возрастает примерно в 40 раз. Время испытания обычно до 30 сут.

Испытания проводят на призмах в возрасте 28 сут нормального хранения или после тепловой обработки. Перед началом испытаний образцы осматривают (выявленные волосные трещины отмечают карандашом), измеряют их массу и длину. На образцах-близнецах определяют Rри и Rсж.

После обработки образцов CO2 замеры повторяют, что дает возможность определить общую (от высыхания и действия CO2) усадку, трещинообразование, прирост массы и изменение Rр.и и Rсж.

Параллельно с образцами, находившимися в среде CO2, испытывают еще одну серию образцов-близнецов, которая хранилась также при ф=50—60%, t=20±2°С в воздухе без CO2. Для этого воздух при подаче в эксикатор пропускают через поглотитель с натронной известью. Эту серию испытаний проводят одновременно с испытанием основных образцов. Это дает возможность определить приходящуюся за счет карбонизации долю усадки, изменения массы, Rр.и и Rсж.

На всех образцах с помощью фенолфталеина определяют глубину полной карбонизации. Следует тщательно осматривать поверхность бетона. Тонкие поверхностные волосные трещины вследствие карбонизации могут быть незаметны на сухой поверхности, но выявляются при ее увлажнении.

Карбонизационную стойкость ячеистого бетона определяют на шести образцах размером 4х4х16 см. По торцам призм заделывают реперы для измерения деформаций.

Через 6 ч после термовлажностной обработки образцы помещают на 3 сут в эксикатор над водой, после чего призмы взвешивают, измеряют их линейные размеры и Ед. Затем три образца выдерживают в атмосфере CO2(100%) над водой в течение 5—7 сут. После этого все шесть образцов (карбонизированных и некарбонизированных) взвешивают и помещают в эксикатор над безводным карбонатом калия (400 г) при 20±2°С. Массу и длину образцов замеряют каждые 7 сут; с таким же интервалом замеряют карбонат калия. Измерения проводят до достижения постоянной массы, после чего все образцы испытывают для определения Eд, Rри, и Rсж (на половинках балочек).

Карбонизационную стойкость оценивают коэффициентами, представляющими собой отношения Ед, Rр.и и Rcж для контрольных и карбонизированных образцов.





Яндекс.Метрика