ГлавнаяКарбонизация бетона - процесс взаимодействия цементного камня с углекислым газом, приводящий к снижению щелочности жидкой фазы бетона. Будучи достаточно 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. Образующаяся в процессе проникания углекислого газа известь, нейтрализуется путем образования карбоната кальция, который снижает показатель pH и. как следствие, приводит к коррозии стальной арматуры. Ржавчина, формирующаяся при окислении арматуры, увеличивает ее объем, повышает внутреннее напряжение и приводит к отслоению бетона и оголению арматуры. Оголенная арматура разрушается еще стремительнее. что приводит к быстрому снижению несущей способности железобетонных конструкций.
При воздействии внешних факторов щелочность жидкой фазы бетона изменяется. состояние арматурных сталей изменяется с пассивного на активное. При контакте арматурных стержней с влажным воздухом и агрессивными средами, арматурные стали начинаются ржаветь из-за протекания реакции между кислыми газами (SO2, H2S, CO2, HCl, NOх) и гидроксидом кальция в бетоне. Через поры и трещины в бетоне кислые газы постепенно проникают во внутренний объем бетона, приводя к возникновению реакции нейтрализации с раствором гидроксида кальция, что. в свою очередь, значительно снижает концентрацию гидроксида кальция в порах бетона; этот процесс называется нейтрализацией бетона. Воздействие нейтрализации на процесс коррозии арматурных сталей не только оказывает роль активатора, но и зависит от характеристики и видов образующихся солей.
Важным фактором является относительная влажность воздуха. Карбонизация замедляется вплоть до полного прекращения в среде, насыщенной влагой, особенно если поры материала также заполнены водой. Реакция с углекислым газом проходит очень медленно, поскольку известно, что вода растворяет лишь собственный объем углекислого газа в данных атмосферных условиях. Влажный бетон практически непроницаем для CO2. Процесс в значительной степени замедляется и в очень сухой среде: сухой углекислый газ практически не реагирует с Ca(OH)2, так как вода играет роль катализатора. Двуокись углерода в воздухе относится к кислым газам; вступая в реакцию с гидроксидом кальция, приводит к снижению щелочности бетона и, как следствие, его растрескиванию. Этот процесс называется карбонизацией бетона и описывается следующим химическим уравнением:
На первоначальном этапе карбонизации бетона образующийся карбонат кальция герметизирует поры, что может приводить к уменьшению проницаемости слоя карбонизации и увеличению прочности. Однако, в случае продолжения карбонизации происходит образование слаборастворимого бикарбоната кальция. В этот момент значение pH насыщенного раствора равно 9. что гораздо меньше 11.5. являющегося необходимым для удерживания пассивного состояния арматурных сталей. Карбонизация приводит к снижению щелочности бетона, увеличению количества водородных ионов в порах и ослаблению защиты арматуры. Перемещение процесса карбонизации в защитный слой приводит к ржавлению арматуры: набухание бетона вследствие воздействия воды и других агрессивных сред (до 2,5 раз) приводит к образованию трещин и, как следствие, ускоренной коррозии арматурных сталей, снижению прочности бетона и несущей способности конструкций.
Измерение глубины карбонизации бетона на строительной площадке производится достаточно простым способом. На поверхности бетонных конструкций бурится отверстие с диаметром около 15 мм; глубина отверстия должна быть больше, чем предполагаемая глубина карбонизации. Затем полученное отверстие очищают без применения воды, и на край отверстия капают 1% спиртовой раствор фенолфталеина; глубину зоны карбонизации от поверхности конструкции измеряют штангенциркулем.