Влияние карбонизации на диффузионность хлоридов в бетоне: анализ эксперимента и применение в расчете

Рассматривается влияние карбонизации на диффузионность хлоридов в бетоне на основе экспериментального и теоретического анализа. Испытания на проникновение хлоридов проводились на бетонах с обычным портландцементом (OPC) и комплексными вяжущими (SZC), с карбонизацией и без нее. Кажущаяся диффузионная способность хлоридов оценивалась с помощью усовершенствованной диффузионной модели. Было исследовано влияние карбонизации поверхности на проникновение хлорида с точки зрения таких влияющих факторов, как структура пор, сорбция хлорида и химический состав порового раствора. Результаты применяются в проектировании композитных плит, подвергающихся воздействию морской атмосферы. Исследование показывает, что после карбонизации сорбция хлоридов бетонов OPC больше, чем бетонов SZC со сложными вяжущими. Около 50 % сорбционной способности остается у бетонов SZC после карбонизации; карбонизация способствует диффузии хлоридов, увеличивая ее до 80 %, и влияет на изменения структуры пор с позиции диффузионности хлоридов; в требованиях к долговечности следует учитывать влияние карбонизации бетонной поверхности при воздействии морских воздушных сред, но защищенной от естественных осадков.

1. МГЭИК, 2007: Изменение климата 2007 г. Обобщающий доклад Вклад рабочих групп I, II, III в Четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата Пачаури Р.К., Райзингер А. и основная группа авторов. Женева, Швейцария 104 с.

2. Papadakis V.G., Vayenas C.G., Fardis M.N. Experimental investigation and mathematical modeling of the concrete carbonation problem. <i>Chemical Engineering Science</i>. 1991. Vol. 46. Iss. 5–6, pp. 1333–1338. https://doi.org/10.1016/0009-2509(91)85060-B

3. Salt weathering in residential concrete foundations exposed to sulfate-bearing ground. <i>Journal of Advanced Concrete Technology</i>. 2010. Vol. 8 (2), pp. 121–134. DOI: 10.3151/jact.8.121

4. Meira G.R. Pinto W.T.A. Lima E.E.P. Andrade C. Vertical distribution of marine aerosol salinity in a Brazilian coastal area – The influence of wind speed and the impact on chloride accumulation into concrete. <i>Construction and Building Materials</i>. 2017. Vol. 135, pp. 287–296. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.1815

5. Kefei Li Durability Design of Concrete Structures: Phenomena, Modeling, and Practice. London. 2017. 288 p.

6. Jun Liu, Qiwen Qiu, Xiaochi Chen, Feng Xing Understanding the interacted mechanism between carbonation and chloride aerosol attack in ordinary Portland cement concrete. <i>Cement and Concrete Research</i>. 2017. Vol. 95, pp. 217–225. DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.02.032

7. Myung Kue Lee, Sang Hwa Jung, Byung Hwan Oh, Effects of carbonation on chloride penetration in concrete. <i>Aci Materials Journal</i>. 2013. Vol. 110 (5), pp. 559–566.

8. Wang Y., Nanukuttan S., Bai Y., Basheer P.A.M.Influence of combined carbonation and chloride ingress regimes on rate of ingress and redistribution of chlorides in concretes. <i>Construction and Building Materials</i>. 2017. Vol. 140, pp. 173–183. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.121

9. Castro P., Moreno E.I, Genescá J. Influence of marine micro-climates on carbonation of reinforced concrete buildings. <i>Cement and Concrete Research</i>. 2000. Vol. 30. Iss. 10, pp. 1565–1571. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00344-6

10. Costa A., Appleton J. Concrete carbonation and chloride penetration in a marine environment. <i>Concrete Science and Engineering</i>. 2001. Vol. 3, pp. 242–249.

11. Moreno M., Morris W., Alvarez M.G., Duffo G. Corrosion of reinforcing steel in simulated concrete pore solutions: Effect of carbonation and chloride content. <i>Corrosion Science</i>. 2004. Vol. 46 (11), pp. 2681–2699. DOI: 10.1016/j.corsci.2004.03.013

12. Ngala V.T., Page C.L. Effects of carbonation on pore structure and diffusional properties of hydrated cement pastes. <i>Cement and Concrete Research.</i> 1997. Vol. 27. Iss. 7, pp. 995–1007. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(97)00102-6

13. Anstice D.J.Page C.L., Page M.M. The pore solution phase of carbonated cement pastes. <i>Cement and Concrete Research</i>. 2005. Vol. 35. Iss. 2, pp. 377–383. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.06.041

14. GéraldineVillain Mickaël Thiery Gérard Platret Measurement methods of carbonation profiles in concrete: Thermogravimetry, chemical analysis and gammadensimetry. <i>Cement and Concrete Research</i>. 2007. Vol. 37. Iss. 8, pp. 1182–1192. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.04.015

15. Saillio M., Baroghel-Bouny V., Barberon F. Chloride binding in sound and carbonated cementitious materials with various types of binder. <i>Construction and Building Materials</i>. 2014. Vol. 68, pp. 82–91. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.05.049

16. Geng J., Easterbrook D., Liu Qing-feng, Li Long-yuan Effect of carbonation on release of bound chlorides in chloride-contaminated concrete. <i>Magazine of Concrete Research.</i> 2016. Vol. 68 (7), pp. 353–363. DOI: 10.1680/macr.15.00234

17. Das B.B., Singh D.N., Pandey S.P. Rapid chloride ion permeability of OPC- and PPC-based carbonated concrete. <i>Journal of Materials in Civil Engineering</i>. 2012. Vol. 24 (5), pp. 606–611. DOI: 10.1061/(ASCE) MT.1943-5533.0000415

18. T. Mickaël Modelling of atmospheric carbonation of cement based materials considering the kinetic effects and modifications of the microstructure and the hydric state. 2005.

19. Mc Polin D. et al. Carbonation and pH in Mortars Manufactured with Supplementary Cementitious Materials. <i>Journal of Materials in Civil Engineering</i>. 2009. Vol. 21, pp. 217–225.

20. Mcpolin D.O., Muhammed Basheer P.A., Long Adrian E., Grattan Kenneth T V. New test method to obtain pH profiles due to carbonation of concretes containing supplementary cementitious materials. <i>Journal of Materials in Civil Engineering</i>. 2007. Vol. 19 (11). DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:11(936)

21. Behnood Ali, Tittelboom Kim Van, Belie Nele De. Methods for measuring pH in concrete: A review. <i>Construction and Building Materials</i>. 2016. Vol. 105, pp. 176–188. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.032

22. Luping Tang, Nilsson Lars-Olof Chloride binding capacity and binding isotherms of OPC pastes and mortars. <i>Cement and Concrete Research</i>. 1993. Vol. 23. Iss. 2, pp. 247–253. https://doi.org/10.1016/0008-8846(93)90089-R

23. Suryavanshi A.K., Scantlebury J.D., Lyon S.B. Mechanism of Friedel’s salt formation in cements rich in tri-calcium aluminate. <i>Cement and Concrete Research</i>. 1996. Vol. 26. Iss. 5, pp. 717–727. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(96)85009-5

24. Haque M.N., Kayyali O.A.Free and water soluble chloride in concrete. <i>Cement and Concrete Research</i>. 1995. Vol. 25. Iss. 3, pp. 531–542. https://doi.org/10.1016/0008-8846(95)00042-B

25. Ishida T., Miyahara S., Corporation T., Maruya T. Chloride binding capacity of mortars made with various portland cements and mineral admixtures. <i>Journal of Advanced Concrete Technology</i>. 2008. Vol. 6 (2), pp. 287–301. DOI: 10.3151/jact.6.287

26. Yuan Q., Deng D., Shi C., Schutter G.De. Chloride binding isotherm from migration and diffusion tests. <i>Journal of Wuhan University of Technology-Mater</i>. Sci. Ed. 2013. Vol. 28, pp. 548–556.

27. Machner A.; Hemstad P.; De Weerdt K. Towards the understanding of the pH dependency of the chloride binding of portland cement pastes. <i>Nordic Concrete Research</i>. 2018, 58 (1), 143–162. DOI: 10.2478/ncr-2018-0009

28. Nguyen Thai. Physicochemical modelling of chloride ingress into cementitious materials. 2007.

29. Леонович С.Н. Алгоритмы расчета долговечности железобетонных конструкций при хлоридной агрессии. <i>Сборник трудов VII Международного научно-методического семинара</i> / Под ред. Н.П. Блещика, А.А. Борисевича, Т.М. Пецольда. Брест, БГТУ. 2001.

30. Леонович С.Н. Вероятностная оценка коррозии арматуры в существующих железобетонных конструкциях при хлоридной агрессии. <i>Сборник трудов VII Международного научно-методического семинара</i> / Под ред. Н.П. Блещика, А.А. Борисевича, Т.М. Пецольда. Брест, БГТУ. 2001.

31. Леонович С.Н., Прасол А.В. Железобетон в условиях хлоридной коррозии: деформирование и разрушение // <i>Строительные материалы</i>. 2013. № 5. C. 94–95.

32. Шалый Е.Е., Леонович С.Н., Ким Л.В., Румянцева В.Е., Будревич Н.А. Совместное действие карбонизации и хлоридной агрессии на конструкционный бетон: вероятностная модель // <i>Вестник гражданских инженеров</i>. 2018. Вып. 15 (3). C. 123–131. DOI: 32.23968/1999-5571-2018-15-3-123-131

33. Шалый Е.Е., Ким Л.В., Леонович С.Н. Железобетон при воздействии карбонизации и хлоридной агрессии: вероятностная модель расчета-прогноза срока службы // <i>Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова</i>. 2018. № 6. С. 5–14.

34. Шалый Е.Е., Леонович С.Н., Ким Л.В. Деградация железобетонных конструкций морских сооружений от совместного воздействия карбонизации и хлоридной агрессии // <i>Строительные материалы</i>. 2019. № 5. С. 67–72. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-67-72