prezentare master 10.03

CARBONATAREA SI RECARBONATAREA BETONULUI

Dr. Ing. Tamás DENCSÁK

Facultatea de Constructii

Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca ROMÂNIA

CURS MASTER

Cluj-Napoca, Aprilie 2013

Conținut

1. Definire carbonatare si recarbonatare

2. Parametrii care influenteaza carbonatarea

3. Efectele carbonatarii asupra betonului si armaturii

4. Metode experimentale de determinare a profilului de carbonatare

Curs

2Carbonatarea si recarbonatarea betonului

3

1. Mecanismul de carbonatare și re-carbonatare

o Un proces natural prin care CO2 eliberat in atmosferă in urma arderii clincherului de ciment întră în reacție cu hidrocompușii cimentului din beton și formează CaCO3;

Curs Master.

Carbonatarea si recarbonatarea betonului

o Pentru procesul de carbonatare sunt necesare 3 componente:

- Bioxid de carbon

- Componentii de calciu din ciment

- Apa

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 +H2O

CaO + H2O → Ca(OH)2

4

o Procesul de carbonatare

Curs Master.


5

Curs Master.


2. Factorii care influenteaza carbonatarea

6

Curs Master.


Conditiile de mediu

o Temperatura:

- Rata de difuzie si inclusiv rata de carbonatare creste odata cu crestereatemperaturii. Asta inseamna ca elementele expuse in interior sau in zone mai calde, vor carbonata mai repede;

oConcentratia de CO2

-Odata cu cresterea concentratiei de CO2, creste si rata de carbonatare;

oUmiditatea relativa

-Difuzivitatea gazului intr-un sistem capilar uscat este foarte rapid, insacarbonatarea necesita formarea ionilor carbonici, care necesita apa;

-Elementele de beton sub apa au o rata de carbonatare foarte lenta,deoarce porii sunt saturati si gazul nu poate patrunde.

RH optim: 50-70% - Conditii de interior

7

Curs Master.


Tipul de ciment

o CEM I 42.5 - Referinta

o CEM I 52.5 – rezulta intr-o carbonatare mai lenta deoarececapacitatea de legare este superioara;

o Ciment cu adaos de calcar (CEM II/ L , CEM II/ LL)

- Contine particule de calcar ultrafine pana la 10%-20%;

- fiind macinate impreuna cu pasta de ciment, aceasta asiguraaceeasi rezistenta cu CEM I;

Proportia intre hidrocompusii formati este aceeasi cu CEM I, astfel incat se poate asuma ca rata de carbonatare este similara cu CEM I

8

Curs Master.


Tipul de ciment

o Ciment cu adaos de zgura granulata de furnal (GBFS) in diferiteproportii:

(CEM II/A-S – 20%, CEM II/B-S – 35%, CEM III – 35%–95%)

- Contine mai putin CH (hidroxid de calciu) si mai mult CSH (hidrosilicat de calciu);

- Proces de carbonatare si produse de carbonatare diferite;

- Betonul carbonatat formeaza o structura mai poroasa, care favorizeazadifuzivitatea si inlcusiv carbonatarea;

9

Curs Master.


Tipul de ciment

o Ciment cu adaos de cenusa zburatoare (fly ash) si silice ultrafina (silica fume) – adaosuri puzzolanice

- Pot fi adaugate in fabrica sau direct la prepararea betonului;

- Ca orice pozzolana, aceste adaosuri duc la consumarea componentei de CH, crescand astfel cantitatea de CSH;

- Au o influenta semnifificativa asupra modului de carbonatare; silicea ultrafina este cel mai eficient puzzolana, si intra in reactiune deja la inceputul procesului de hidratare, pe cand cenusa zburatoare reactioneaza cu CH deja format;

- Rata de carbonatare este semnificativ mai mare, in functie de cantitatea de adaos;

10

Curs Master.


Calitatea betonului

o Un raport mai mic de A/C si un grad mare de hidratare rezulta intr-un beton mult mai compact;

o Acesta va rezulta deasemenea in produse mult mai dense si compacte in urma carbonatariii, ceeace in consecinta reduce carbonatarea in toate conditiile de mediu;

o Trebuie sa se tina cont insa si de gradul de hidratare; un grad mai redus de hidratare a betonului va rezulta intr-un produs mai poros, deci o carbonatare mai favorabila;

o In conditii de exterior hidratarea prelungita duce la densificarea betonului, deci la carbonatare mai redusa.

11

Curs Master.


3. Efectele carbonatarii asupra betonului si a armaturiio Micsorarea alcalinitatii betonului- depasivarea armaturii

12

Curs Master.


3. Efectele carbonatarii asupra betonului si a armaturiio Micsorarea alcalinitatii betonului- depasivarea armaturii

13

Curs Master.


3. Efectele carbonatarii asupra betonului si a armaturii

o Cresterea volumului si a masei

- Transformarea CH in CC rezulta intr-o crestere de volum de 11%-14%;

- Acesta afecteaza porozitatea stratului de beton carbonatat si inclusiv difuzivitatea;

- Cresterea volumului nu afecteaza insa stabilitatea mecanica a betonului, deoarece surplusul de calcit care se precipita umpla golurile din sistemul capilar, deci densifica pasta de ciment;

14

Cresterea rezisentei la compresiunența la compresiune

+10.5%+14.5%

+15.3%

+12.3%

+15.0%

After 28 days

Normal conditions

After carbonation

+7.3%

35.3

5

38.0

31.5

29.0

42.0

25.0 34

.0

+13.6%

+6.8%+18.8%

+12.8%

+23.6%

+31.0%

+5.9% +11.5%


Curs Master

15

Curs Master.


4. Metode experimentale de determinare a adancimii de carbonatare

1. Solutia de fenoltaleina de 1% - cea mai simpla si mai ultilizatametoda experimentala;

o Indica valoarea de pH a betonului;

o Pentru valori mai mari de 9-9.5 culoarea este magenta, iar la valorimai mici, acesta devine incolor;

o Standard: CR 12793;

16

Curs Master.



a) Probe pulverizante obtinute prin sfredelire

Probe pulverizante pot fi dzolvate in apa destilata si se va masura valoarea de pH a solutiei;

17

Curs Master.



b) Extragere de carota

18

Curs Master.


19

o Pulverizarea suprafețelor cu soluție de fenolftaleină

o Despicarea epruvetelor pe cele 2 direcții


Curs Master.


20

o Procesarea imaginii pentru o acuratețe mai marea la determinarea volumului de beton carbonatat;

Despicare pe ambele direcții


Curs master

21

o Profilul de carbonatare pentru aceași epruvetă, însă pe direcția perpendiculară;


Curs Master


Curs Master.


2. SEM/ EDAX Microscopie electronica de baleaj – este o metoda semicantitativa care ofera informatii despre compozitia materialului si ofera imagini la rezolutie foarte marte cu structura cristalina;


Curs Master.

Concrete - before carbonationElem Wt % At % K-ratio

O 47.19 61.36 1.02Na 0.71 0.64 0.0023Mg 0.21 0.18 0.001Si 49.06 36.34 0.369K 0.44 0.23 0.0033Ca 2.38 1.24 0.0195

Total 100.0 100.0

Concrete - after carbonationElem Wt % At % K-ratio

O 44.76 59.42 0.1126Na 3.52 3.25 0.011Mg 0.33 0.29 0.0014Al 8.68 6.84 0.0489Si 34.41 26.03 0.207K 0.84 0.46 0.0065Ca 5.93 3.14 0.0497Fe 1.53 0.58 0.0133

Total 100.0 100.0


Curs Master.

3. Difractie prin raze X (XRD)– este o metoda mult utilizata pentru determinarea componentei cristaline a diferitelor materiale;

Înainte de carbonatare�Prezentă de CH�CC din adaosul de calcar/expunerea la CO2 în timpul manipulării�Alte forme cristaline din agregate

După carbonatare�No CH�Numai CC�Alte forme cristaline din agregate


Curs Master.

4. Analize termo-gravimetrice (TGA)

o Este o metoda cantitativa pentru cuantificarea hidrocompusilor si de produselor carbonatate din proba de beton;

o Principiul este urmarirea scaderii de masa la diferite temperaturi;

Temperature range Decomposition of hydrates or carbonated products

25 to 430°C Free and adsorbed H2O, H2O from CSH, AFt, AFm, gypsum, and

CO2 adsorbed in CSH

430 to 520°C H2O from portlandite Ca(OH)2

520 to 620°C OH- from structure of hydrates, structure H2O or CO2 from

vaterite, and CSH carbonation

650 to 720°C CO2 from calcite of carbonation

720 to 900°C CO2 from calcite of aggregates

900 to 1150°C Other structural H2O


Curs Master.

4. (TGA)


Curs Master.

Va multumesc pentru atentie!

prezentare master 10.03

Documents