کربناسیون اثرات آن در بتن

بتن یکی از مهمترین مصالحی است که در کنار آب مورد استفاده قرار می گیردزمین به منظور ساخت و ساز در روز ما کاربردهای بی شماری داردزندگی به طور کلی برای هر زوال مادی پدیده ای آرام رخ می دهد، به همین ترتیب بتن نیز به سه شکل اصلی فیزیکی، شیمیایی و خوردگی تخریب می شود. کربناته شدن به طور گسترده به عنوان یک علت قابل توجه شناخته شده است.

کربناسیون بتن چیست؟

بتن به دو صورت ساده و مسلح استفاده می شود. چنین موادی وجود نداردکه به همان شکلی که سازه های بتنی نیز دچار آن می شوند، عاری از مشکل تخریب است مشکل تخریب خوردگی فولاد در بتن یکی از مشکلات عمده فرسودگی است که در اثر آن رخ می دهد به کربناته شدن و حضور یون های کلرید در سطح تقویت کننده. “کربناسیون” بتن به عنوان واکنش شیمیایی بین محصولات هیدراتاسیون بتن و بتن تعریف می شود.

. Ca 2+ (aq) + 2(OH¯) (aq) + CO2 (aq) = CaCO3 (s) + H2O

مواد مورد استفاده در برنامه آزمایشی

۱. سیمان بندری معمولی زمینی: عیار ۵۳

۲. سنگدانه ریز: شن و ماسه رودخانه

۳. سنگدانه درشت: کمتر از ۲۰ میلی متر

۴. آب

۵. خاکستر بادی

خواص مواد مورد استفاده

سیمان

سیمان پرتلند معمولی درجه ۵۳ استفاده می شود. وزن مخصوص ۳.۱۲ است. ۲.۲. سنگدانه درشت

از مواد سنگ خرد شده در دسترس محلی استفاده می شود. اندازه مورد استفاده عموماً بین ۱۰ است

میلی متر و ۲۰ میلی متر

سنگدانه ریز

شن و ماسه موجود در محل عبور از الک IS به اندازه ۴.۷۵ میلی متر استفاده می شود. ۲.۴. اب

برای اختلاط از آب آشامیدنی استفاده شد. ۲.۵. خاکستر بادی

در این مطالعه از خاکستر بادی کلاس F به عنوان ماده سیمانی تکمیلی استفاده شد. خاکستر بادی

به عنوان جایگزینی جزئی سیمان با درصد ۵٪، ۱۰٪، ۱۵٪، ۲۰٪، ۲۵٪ استفاده می شود.

و ۳۰ درصد ۲.۶. نسبت ها را مخلوط کنید

نسبت‌های اختلاط طراحی برای طراحی مخلوط بتن با گرید M30 مطابق با IS یافت شده است:

رویه آزمایشی

تست مقاومت فشاری

مکعب های بتنی در ابعاد ۱۵۰*۱۵۰*۱۵۰ میلی متر تهیه و به مدت ۲۸ روز نگهداری می شوند. به ازای هر درصد ۶ مکعب تهیه شد که از میان آنها ۳ مکعب گازدار وباقی مانده غیر گازدار هستند. بنابراین تعداد کل مکعب های تهیه شده ۴۲ عدد بودمکعب ها در دستگاه تست مقاومت فشاری مورد آزمایش قرار گرفتند. هر دو مکعب گازدار و غیر گازدار مقایسه شدند.

تخلخل

تخلخل بتن به طور کلی با روش های زیادی مانند نفوذ جیوه اندازه گیری می شودتخلخل، روش پیکنومتری و غیره که در این میان روش پیکنومتری یکی ازروش عملی و آسان برای انجام آزمایش. وزنه ها قبل از پخت و بعد ازپخت و همچنین پس از کربناته شدن اندازه گیری می شود. از آن مقادیر چگالی مطلق و

چگالی ظاهری برای مکعب های مربوطه محاسبه شد .

فرمول زیر: – تخلخل (%) = (۱-دانسیته توده / چگالی مطلق) * ۱۰۰

تخلخل هر دو مکعب گازدار و غیر کربناته محاسبه شد. ۳.۳. محفظه کربناته شدن تسریع شدمجموعه آزمایشی شامل محفظه کربناتاسیون، سیلندر گاز CO2 است. محفظه کربناتاسیون از طریق لوله به سیلندر گاز CO2 متصل شد. محفظه کربناته در آن ساخته شدبه گونه ای که هوا را با روکش بالایی که برای قرار دادن و بیرون آوردن قابل جابجایی بود محکم می کرد

عمق کربناته شدن:

مکعب های گازدار شکسته شده و سطح شکسته به درستی تمیز شد. سپس محلول نشانگر فنل فتالئین روی سطح شکسته پاشیده شد. منطقه گازداردر جایی که ناحیه غیر گازدار به قرمز بنفش تبدیل می شود، بی رنگ می ماند. عمق ازکربناته شدن با استفاده از کولیس ورنیه اندازه گیری شد. ۳.۵. ضریب کربناته شدن

برای یافتن مقدار ضریب کربناته شدن از قانون اول انتشار فیک استفاده شد.

این مقادیر را محاسبه کرده ایم.

dc = K√t

جایی که،

dc = عمق کربناته شدن

K = ضریب کربناته شدن، یک ثابت

t = مدت زمان قرار گرفتن در معرض (در اینجا ۲۸ ساعت)

در صورت بتن ریزی در هوای سرد از ضدیخ بتن باید استفاده شود که اگر نمیدانید ضد یخ بتن چیست؟ کلیک نمایید.

اثرات دما بر عمق کربناته و مقاومت فشاری بتن:

به طور کلی کربناته شدن بتن یک واکنش فیزیکی و شیمیایی پیچیده است. دما می تواند به طور قابل توجهی بر واکنش شیمیایی تأثیر بگذارد.تأثیر دما (۱۰ درجه سانتی‌گراد، ۲۰ درجه سانتی‌گراد و ۳۰ درجه سانتی‌گراد) بر کربن‌سازی بتن با تغییرات عمق کربناته شدن و مقاومت فشاری بتن که به مدت ۲۸ روز تحت رطوبت نسبی ۷۰ درصد کربن‌سازی شده بود، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

نتیجه گیری:

دما، غلظت CO 2 و رطوبت نسبی به طور قابل توجهی بر عمق کربناتاسیون و مقاومت فشاری بتن تأثیر می گذارد. دما با عمق کربناته شدن و مقاومت فشاری بتن رابطه خطی دارد. غلظت CO 2 و رطوبت نسبی به ترتیب با عمق کربناته شدن بتن، قدرت و توابع چند جمله ای را نشان می دهند.

عمق کربناته شدن بتن با دما و غلظت CO 2 همبستگی مثبت دارد ، اما مقاومت فشاری بتن با درجه مقاومت بتن همبستگی منفی دارد. عمق کربناته شدن بتن با افزایش رطوبت نسبی افزایش می یابد و زمانی که رطوبت نسبی ۷۰ درصد باشد به اوج می رسد.

این به این دلیل است که ضریب انتقال CO 2 و ضریب واکنش شیمیایی ممکن است با دما افزایش یابد. علاوه بر این، افزایش غلظت CO 2 ممکن است باعث افزایش گرادیان غلظت و غلظت CO 2 در بتن و همچنین کربناته شدن تشدید شود. چگالی بتن رابطه مثبتی با درجه مقاومت بتن دارد. ضریب انتقال CO 2 در بتن کم است که ممکن است عمق کربنات شدن بتن را کاهش دهد.

ترکیب فاز، محصولات هیدراتاسیون و ریزساختار بتن قبل و بعد از کربناته شدن به طور قابل توجهی تغییر می کند. چنین تغییراتی عمدتاً با ناپدید شدن و کاهش پیک پراش برخی محصولات هیدراتاسیون آشکار می شود. تجزیه و تحلیل طیفی XRD و ESEM نشان می دهد که CH صفحه شش ضلعی، AFt میله مانند، CSH لخته و CAH محصولات اصلی هیدراتاسیون قبل از کربناته شدن هستند، اما ذرات CaCO 3 نقش غالب در ترکیب محصول هیدراتاسیون پس از کربناته شدن را بر عهده می گیرند. دما بر شکل کریستالی محصولات کربناته تأثیر می گذارد. واتریت‌های کروی چندوجهی محصولات کربناته اصلی زیر ۱۰ درجه سانتیگراد و ۲۰ درجه سانتیگراد هستند، در حالی که آراگونیتها محصولات اصلی کربناتاسیون زیر ۳۰ درجه سانتیگراد هستند.

به طور خلاصه، باید توجه شود که برای آب و هوای معتدل مانند آب و هوای انگلستان، معمولا هیچگونه مشکل بخصوصی در طراحی سازه هایی که انتظار رود برای عمر کاری ۵۰ یا ۱۰۰ سال، از مشکلات خوردگی عمده ناشی از کربناسیون مصون بمانند، وجود ندارد.

یکی از مقالات جالب درباره انواع مصالح ساختمانی را حتما مطالعه کنید.

در جایی که مشکلات بروز نموده است، اغلب به طور یکنواختی ناشی از عدم کنترل کافی بر فعالیت های اجرای بتن (تراکم، عمل آوری و غیره) و یا عدم رعایت ضخامت پوشش مشخص شده، بوده اند. مورد اخیر، از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد، چرا که با فرض یک رابطه سهمی وار ساده میان عمق کربناسیون و زمان، عدم دستیابی به یک پوشش حداقل مشخص شده، مثلا کمبود mm5 در ضخامت پوشش mm25 (یعنی ۲۰%)، زمان مورد انتظار در نظر گرفته شده برای کربناسیون جهت رسیدن به فولاد داخلی را تا حدود ۳۶% کاهش خواهد داد. چنانکه آمار مربوط به دقت ضخامت پوشش نشان داده است، رواداری منفی تعیین شده mm5 برای پوشش اسمی، معمولا در واقعیت حاصل نشده است.