Studium a modelování karbonatace betonu

Abstract

Pravděpodobně nejčastějším typem degradace železobetonových konstrukcí je koroze ocelové výztuže. Povrch výztuže je chráněn před korozí tenkou vrstvou oxidů železa, která se vytváří díky silnému zásaditému prostředí okolního betonu. Ke korozi pak dochází porušením této ochranné vrstvy (i) penetrací chloridů (když jejich koncentrace v okolí výztuže překročí kritickou hodnotu), nebo (ii) snížením pH pórového roztoku na hodnotu nižší než 9,5. Takové snížení je způsobeno karbonatací Ca(OH)2, který reaguje s atmosférickým CO2. Hlavním cílem této práce je experimentální studium a modelování karbonatačního procesu. Práce je zaměřena především na studium vlivu relativní vlhkosti, doby ošetřování a náhrady portlandského cementu alternativními silikátovými příměsmi (popílek, vysokopecní struska a metakaolin) na průběh karbonatace. Rovněž bylo zjištěno množství zbytkového hydroxidu vápenatého v přítomnosti těchto příměsí a jejich pucolánové aktivity. Dále bylo provedeno velké množství parametrických studií a vzájemné srovnání karbonatačních modelů. V neposlední řadě byly popsány a využity pro další parametrické studie softwarové nástroje, které jsou založené na uvedených modelech a uvažují vstupní data jako statisticky nezávislé náhodné veličiny.The corrosion of steel reinforcement is probably the most frequent type of degradation of reinforced concrete structures. Reinforcing bars are protected from corrosion by a thin iron oxide layer which is formed on their surface due to a high alkalinity of the surrounding concrete. Corrosion may start when this layer is destroyed (i) either by chloride ion penetration (when the concentration of dissolved chloride at the depth of the reinforcing steel exceeds a critical value) or (ii) by a reduction in the pH value of pore solution to values below 9.5. Such a reduction in alkalinity is the result of carbonation of the Ca(OH)2 in the concrete mass, i.e. of its reaction with the atmospheric CO2. The main aim of this work is an experimental investigation and modelling of carbonation process. The effect of relative humidity, curing period and replacement of Portland cement by supplementary cementing materials (SCM - fly ash, blast furnace slag and metakaolin) on carbonation process has been studied. Calcium hydroxide content in the presence of SCM and their pozzolanic activities have been also determined. Furthermore, lots of parametric studies and comparison of carbonation models have been provided. The software tools based on the introduced models and considering the input data to be statistically independent random variables have been described and used for other parametric studies.