Нейтрализация или карбонизация бетона углекислым газом – это процесс взаимодействия бетона с углекислым газом, в результате которого происходит образование карбоната кальция со снижением рН жидкой фазы бетона и утратой бетоном пассивирующего действия на стальную арматуру.
Находящиеся в атмосфере кислотообразующие газы, в первую очередь двуокись углерода СО2, проникая в поры бетона, стремятся в присутствии влаги нейтрализовать высоко щелочную среду, тем самым ослабляется его защитное действие по отношению к арматуре. Этот процесс, называемый карбонизацией бетона - представляет собой сложную реакцию превращения гидроксида кальция в карбонат кальция, которую в упрощенном виде можно записать:
Са(ОН)2+СО2+Н2О=СаСО3+2Н2О
Образец-керн, отобранный из конструкции
Процесс карбонизации состоит из целого ряда промежуточных этапов, начинаясь с поверхности бетонной конструкции с момента ее изготовления и затухая по мере проникновения углекислого газа внутрь бетона через открытые поры.
В процессе реакций значение показателя pH поровой жидкости бетона снижается от начальной величины 12,5 до уровня ниже 9. При ограниченном доступе воздуха железо не пассивируется в щелочных растворах, имеющих рН ниже 11,3-11,8. Карбонизация бетона полностью завершается при значениях рН около 9. При таких значениях рН происходит депассивация арматурной стали (разрушение защитной пленки), в результате чего возникает опасность коррозии арматуры.
Возникновение коррозии арматурной стали
Карбонизация бетона приводит к снижению щелочности бетона, увеличению количества водородных ионов в порах, является одним из основных факторов, приводящих к возникновению коррозии арматуры, образованию трещин и последующему снижению несущей способности конструкций.
Исследование глубины карбонизации бетона сводится к определению значения pH поровой жидкости на различной глубине.
Существуют установки, с автоматическим поддержанием заданной концентрации углекислого газа, для определения диффузионной проницаемости бетона для углекислого газа, на основании данных о скорости нейтрализации (карбонизации) бетона углекислым газом.
В основном этот метод предназначен для использования при разработке технологии и проектировании составов бетона, обеспечивающих длительную безремонтную эксплуатацию конструкций в неагрессивных и агрессивных газовоздушных средах, так как образцы приготавливаются не посредственно перед испытанием, и после достижения проектного возраста помещаются в установку совместно с реагентами на 7 суток.
Оценка диффузионной проницаемости бетона по отношению к углекислому газу позволяет:
– рассчитывать период, в течение которого происходит нейтрализация защитного слоя бетона в газовоздушной среде, и оценивать долговечность железобетонных конструкций по признаку сохранности стальной арматуры;
– назначать составы и технологию изготовления бетонов для железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в атмосфере с заданным содержанием углекислого газа.
При определении карбонизации бетона на объекте строительства не всегда есть возможность отобрать образцы из конструкции, поэтому используется индикаторный метод определения рН”.
Для оценки концентрации водородных ионов применяются кислотно-основные индикаторы - органические вещества - красители, цвет которых зависит от pH среды, в данном случае используется фенолфталеин С20Н14О4.
Раствор фенолфталеина
Порядок проведения испытаний:
– приготовление спиртового раствора индикатора (используется 1%-ный спиртовой раствор. 1 грамм препарата растворяют в 80 мл этилового спирта и добавляют воды до объема 100 мл);
– индикатор наносят на свежий скол бетона, произведенный на исследуемой конструкции, или на пробы порошка бетона, высверленного с различной глубины из нескольких отверстий. В интервале рН от 8,2 до 10 происходит изменение окраски индикатора от бесцветной к красно-фиолетовой. Считается, что, если в бетоне вокруг арматуры значение рН поровой жидкости уменьшается до 10, бетон теряет способность надежно защищать арматуру от коррозии и в присутствии кислорода (окислитель) и влаги воздуха (электролит) может начаться коррозия арматуры. Глубину зоны карбонизации от поверхности конструкции измеряют штангенциркулем.
Глубина карбонизации
