CC BY
12УДК 691.32:624.012.45/.46 DOI 10.52928/2070-1683-2022-31-8-46-53
ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЫ КАРБОНИЗАЦИИ БЕТОНА
канд. техн. наук, доц. А.А. ВАСИЛЬЕВ (Белорусский государственный университет транспорта, Гомель)
В статье обоснована необходимость исследования карбонизации бетона и оценки его максимальной кар-бонизируемости. Приведено основное уравнение прогнозирования изменения во времени по сечению бетона карбонатной составляющей цементно-песчаной фракции бетона. Предложено выражение для оценки предельной величины карбонизации бетона (ПВК). Проведено исследование и получены соответствующие зависимости ПВК от состава бетона, классов по прочности на сжатие С8/г0-С50/б0, составов смесей, марок по удобоукладываемости П1...П5 и Ж1...Ж4. Выполнен анализ полученных значений ПВК.
Ключевые слова: бетон, карбонизация, карбонатная составляющая, предельная величина карбонизации бетона.
Введение. Поврежденность железобетонных элементов (ЖБЭ) и конструкций (ЖБК), эксплуатирующихся в различных воздушных средах, определяют, в первую очередь, коррозионные повреждения бетона и стальной арматуры. Авторские исследования [1] показывают, что в длительно эксплуатируемых (в различных воздушных средах) ЖБЭ и ЖБК доля коррозионных повреждений бетона и (или) стальной арматуры составляет до 90%. Кроме того, на основании многолетних исследований карбонизации бетона и ее влияния на изменение технического состояния ЖБЭ (ЖБК) показано, что карбонизация является основным видом коррозии бетона, снижающим его защитные свойства по отношению к стальной арматуре ЖБЭ и ЖБК, эксплуатирующихся в различных воздушных средах. Именно карбонизация бетона определяет остаточный ресурс подавляющего большинства зданий и сооружений [2; 3].
Карбонизацию бетона общепринято определяют и прогнозируют на основе 1-го закона Фика, используя индикаторный (фенолфталеиновый) тест (ФФТ). При этом считается, что она развивается линейно, по всему фронту, кроме того, карбонизация конечна во времени и в пространстве. Степень карбонизации бетона оценивается количеством поглощенного углекислого газа воздуха (СО2)1234 [4-9].
По результатам многолетних исследований (на основе исследования в лабораторных условиях кинетики взаимодействия растворов Са(ОН)2 различных концентраций с СО2 воздуха методами рН-метрии, карбометрии и микроскопического анализа, исследования кинетики испарения влаги, адсорбции и десорбции паров воды образцами бетона различных классов по прочности на сжатие методом измерения электросопротивления, исследования изменения карбонизации во времени, по сечению, как лабораторных образцов, так и образцов, отобранных из реально эксплуатируемых конструкций) показано, что карбонизация бетона не развивается линейно, по всему фронту, соответственно, она не подчиняется 1-му закону Фика. Ее развитие происходит по сложной экспоненциальной зависимости и ее необходимо исследовать, оценивать и прогнозировать в соответствии со 2-м законом Фика. Кроме того, предлагаемая оценка степени карбонизации по количеству поглощенного углекислого газа воздуха не позволяет корректно оценивать, а тем более прогнозировать развитие карбонизации бетона и ее влияния на состояние защитных свойств по отношению к стальной арматуре [10-15].
Поскольку при карбонизации бетона происходит образование карбонатов (СаСО3), ее предложено оценивать показателем КС (карбонатной составляющей), характеризующей количественное содержание карбонатов в цементно-песчаной фракции бетона в массовых процентах в исследуемой пробе. Данный показатель позволяет оценивать влияние роста карбонатов на изменение показателя рН (водородного показателя водной вытяжки цементного камня), являющегося, во-первых, основной количественной характеристикой перерождения цементного камня в карбонаты либо другие продукты химического взаимодействия под воздействием внешней среды и, во-вторых, универсальной характеристикой состояния бетона и его защитных свойств по отношению к стальной арматуре [1-3].
В прочностных и деформационных расчетах ЖБЭ (ЖБК) принимают (определяют) класс бетона по прочности на сжатие. При этом считается, что физико-механические, химические свойства, соответственно, карбо-низируемость и долговечность бетонов различных составов (для одного класса бетона по прочности на сжатие) будут одинаковы.
1 DuraCrete 7: General guidelines for durability design and redesign. The European Union - Brite EuRam III, Project No. BE95-1347, Probabilistic Performance-based Durability Design of Concrete Structures, Report No T7-01-1, 1999. - 250 р.
2 Structural Concrete. Textbook on behavior, design and performance. URL: https://www.fib-international.org/publications/fib-bulletins/structural-concrete-textbook,-volume-3-240-detail.html.
3 Бабицкий, В.В. Прогнозирование глубины карбонизации бетона / В.В. Бабицкий // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров в Республике Беларусь : материалы VI Междунар. науч.-техн. семинара. -Минск, 2000. - С. 3-6.
4 Чернякевич, О.Ю. Расчет срока службы железобетонных конструкций в условиях коррозии карбонизации / О.Ю. Чернякевич, С.Н. Леонович // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров : материалы XVII Междунар. науч.-метод. семинара, Гродно, 27-28 мая 2010 г. - Гродно, 2010. - С. 369-375.
Карбонизация бетона развивается и продолжается все время эксплуатации ЖБЭ и ЖБК. Степень карбонизации бетона определяется, в первую очередь, эксплуатационными условиями (степенью их агрессивности по отношению к бетону и продолжительностью). Для различных составов бетона максимальные значения карбонатной составляющей будут отличаться. Они будут зависеть от количества использованного цемента и степени его гидратации (а) [16].
Для оценки карбонизируемости бетонов различных составов необходимо определять и сравнивать предельные величины карбонизации.
Основная часть. По результатам многолетних исследований лабораторных образцов бетонов различных классов по прочности на сжатие (составов) и образцов, отобранных из реально эксплуатируемых ЖБЭ (ЖБК) [1-3], получена в общем виде расчетно-экспериментальная зависимость изменения во времени карбонатной составляющей в цементно-песчаной фракции бетона
\0,85^\
КС(/, г) = а^ + + аз Л) е
14,2-| ™ 1 5,05
(1)
где а1 - коэффициент, определяющий минимальное значение карбонатной составляющей, %; а2 - коэффициент начальной карбонизации бетона, %; а3 - коэффициент скорости карбонизации, %/лет1/2; / - величина прогнозного периода, лет; 14,2 - коэффициент, определяющий точку перегиба кривой; I - значение исследуемого сечения бетона, мм; 100 - максимальное значение глубины сечения бетона, мм; 5,05 - коэффициент, определяющий форму кривой, мм;
0,85 - коэффициент, определяющий форму кривой и координаты точек перегиба.
При этом, максимальная величина карбонатной составляющей для бетона определенного класса по прочности на сжатие (состава), %
КС(/,г )тах =а4 а, (2)
где а4 - предельная величина карбонизации бетона (ПВК), %; а - степень гидратации цемента, доли ед.
Таким образом, максимальная величина карбонизации бетона будет определяться предельной величиной карбонизации (ПВК), а ее изменение во времени - изменением степени гидратации цемента.
Предельную карбонизируемость бетона предложено оценивать предельной величиной карбонизации (ПВК) [2]. ПВК характеризует содержание карбонатов в бетоне в массовых процентах при условии, что весь СаО цемента полностью перейдет в СаСО3 (а = 1). Значения ПВК зависят от состава бетона и определяются по известной массе каждого компонента бетонной смеси.
Показатель ПВК предложено определять для цементно-песчаной фракции бетона по следующей методике5:
- рассчитывать массу СаО (да&о) в цементе для приготовления 1 м3 бетона:
тСаО = •к, (3)
где тц - масса цемента, используемая для приготовления 1 м3 бетона;
к - коэффициент, определяющий процентное содержание СаО в цементе;
- определять массу СаСО3 (т) при карбонизации mcao в 1 м3 бетона из пропорции
МСаО - МСаСО3 , тСаО - тСаСО3 , тСаО МСаСО3
тСаСО3 =-—-, (4)
3 МСаО
где Мсао - молекулярная масса СаО (56 г/моль, или 56 кг);
Мсасо3 - молекулярная масса СаСО3 (100 г/моль, или 100 кг); тСао - масса СаО в 1 м3 бетона;
- рассчитывать массу цементно-песчаной фракции т^, кг, в 1 м3 бетона с учетом привеса за счет полного превращения СаО в СаСО3:
тцп = 1,15Ц + П + (тСаСО3 - тСаО X (5)
где Ц - масса цемента, кг, в 1 м3 бетона; П - масса песка, кг, в 1 м3 бетона;
5 См. сноску 4.
- вычислять значение ПВК, %, из пропорции
шцц -100%,
тСаСО3 - ПВК
тСаСО3
ПВК =-- • 100. (6)
тцп
Для оценки состава бетона на его максимальную карбонизируемость определяли значения предельной величины карбонизации для различных классов бетона по прочности на сжатие (С8/10-С5%0) для бездобавочных составов смесей, марок по удобоукладываемости П1.. ,П5 (ОК = 1.. .25 см) и Ж1.. ,Ж4 (5.. .40 с) для каждой марки по удобоукладываемости.
Составы на каждый класс бетона по прочности на сжатие рассчитывали на основании многофакторного метода, предложенного профессором В.В. Бабицким. Для исследований принят портландцемент ПЦ 500 Д0 ОАО «Белорусский цементный завод» (к = 0,66).
Для каждого класса бетона по прочности на сжатие и каждого значения отпускной прочности исследовалось по 65 составов бездобавочного бетона. Таким образом, было исследовано 3900 составов.
В общем виде выражение зависимости ПВК от количества использованного цемента (состава бетона):
% • м3
ПВК = к1 Ц + к2,
где к: - коэффициент, определяющий минимальное значение ПВК,
кг
к2 - коэффициент прироста значений ПВК, %.
Полученные зависимости изменения ПВК от состава для различных классов бетона по прочности на сжатие соответственно для смесей П1.П5 (ОК = 1.25 см) и Ж1.Ж4 (5 .40 с) для отпускной прочности бетона 70% и результаты их анализа представлены в таблицах 1-3.
Таблица 1. - Результаты исследования ПВК для составов бетонных смесей марок по удобоукладываемости П1.. ,П5
Класс бетона по прочности на сжатие Зависимость ПВК = £(Ц) Коэффициент детерминации, Я2 Предел значений Ц, кг/м3 Предел значений ПВК, % Разница значений ПВК, % Среднее значение ПВК, %
С8/ю 0,0883 Ц + 2,791 0,9953 133.181 13,57.17,63 4,060 16,42
С10/12,5 0,0781 Ц + 4,132 0,9960 165.224 16,76.21,47 4,710 20,07
С12/15 0,0747 Ц + 5,324 0,9962 195.265 19,60.24,94 5,340 23,33
С16/20 0,0683 Ц + 7,677 0,9973 252.343 24,60.30,92 6,320 28,98
С18/22,5 0,0662 Ц + 8,549 0,9985 279.385 26,77.33,90 7,130 31,58
С20/25 0,0644 Ц + 9,359 0,9987 306.428 28,79.36,76 7,970 34,14
С22/27,5 0,0619 Ц + 10,39 0,9987 331.471 30,61.39,40 8,790 36,56
С25/з0 0,0592 Ц + 11,60 0,9987 357.513 32,40.41,81 9,410 38,84
С28/35 0,0536 Ц + 14,22 0,9988 418.599 36,29.46,19 9,900 43,03
С30/з7 0,0509 Ц + 15,53 0,9981 441.632 37,64.47,55 9,910 46,42
С32/40 0,0468 Ц + 17,75 0,9971 476.682 39,58.49,46 9,880 46,38
С35/45 0,0410 Ц + 21,10 0,9964 533.763 42,49.52,22 9,730 49,21
С40/50 0,0364 Ц + 24,09 0,9959 589.842 45,02.54,53 9,510 51,62
С45/55 0,0326 Ц + 26,79 0,9958 644.919 47,27.56,55 9,280 53,70
С5%0 0,0293 Ц + 29,32 0,9956 697.995 49,25.58,28 9,030 55,52
Таблица 2. - Результаты исследования ПВК для составов бетонных смесей марок по удобоукладываемости Ж1.. ,Ж4
Класс бетона по прочности на сжатие Зависимость ПВК = £(Ц) Коэффициент детерминации, Я2 Предел значений Ц, кг/м3 Предел значений ПВК, % Разница значений ПВК, % Среднее значение ПВК, %
1 2 3 4 5 6 7
С8/ю 0,1197 Ц - 2,345 0,9997 116.135 11,54.13,82 2,280 12,61
С10/12,5 0,1142 Ц - 2,067 0,9999 144.168 14,37.17,09 2,720 15,62
С12/15 0,1091 Ц - 1,660 0,9998 170.198 16,88.19,94 3,060 18,32
С16/20 0,0983 Ц - 0,178 0,9998 220.256 21,43.24,97 3,540 23,09
С18/22,5 0,0935 Ц + 0,683 0,9999 243.284 23,39.27,19 3,800 25,20
Окончание таблицы 2
1 2 3 4 5 6 7
С20/25 0,0886 Ц + 1,713 0,9999 266.311 25,27.29,23 3,960 27,15
С22/27,5 0,0845 Ц + 2,620 0,9998 289.337 27,03.31,07 4,040 28,94
С25/30 0,0806 Ц + 3,620 0,9998 310.364 28,60.32,94 4,340 30,62
С28/35 0,0724 Ц + 6,079 0,9997 353.426 31,59.36,84 5,250 34,10
С30/37 0,0695 Ц + 7,030 0,9997 373.449 32,90.37,18 4,280 35,42
С32/40 0,0650 Ц + 8,665 0,9996 403.485 34,81.40,13 5,320 37,37
С35/45 0,0587 Ц + 11,22 0,9997 451.543 37,66.43,04 5,380 40,27
С40/50 0,0531 Ц + 13,78 0,9994 499.600 40,21.45,56 5,350 42,82
С45/55 0,0484 Ц + 16,18 0,9993 545.656 42,47.47,80 5,330 45,06
С50/60 0,0441 Ц +18,52 0,9993 591.711 44,53.49,78 5,250 47,08
Таблица 3. - Результаты исследования ПВК для составов бетонных смесей марок по удобоукладываемости П1.. ,П5 и Ж1.. ,Ж4
Класс бетона по прочности на сжатие Среднее значение ПВК, % для марки по удобоукладываемости
П1 П2 П3 П4 П5 Ж1 Ж2 Ж3 Ж4
С8/ю 14,24 15,84 16,93 17,45 17,64 13,53 12,89 12,26 11,75
С10/12,5 17,52 19,39 20,66 21,30 21,49 16,73 15,95 15,21 14,60
С12/15 20,47 22,54 23,98 24,70 24,95 19,55 18,68 17,86 17,17
С16/20 25,59 28,03 29,76 30,61 30,91 24,54 23,52 22,56 21,75
С18/22,5 27,83 30,41 32,34 33,44 33,87 26,71 25,66 24,66 23,78
С20/25 29,89 32,73 35,08 36,26 36,72 28,73 27,63 26,57 25,66
С22/27,5 31,81 35,16 37,61 38,85 39,35 30,57 29,43 28,35 27,42
С25/30 33,84 37,40 39,95 41,24 41,77 32,35 31,10 29,99 29,03
С28/35 37,77 41,50 44,18 45,55 46,13 36,21 34,76 33,33 32,11
С30/37 39,14 42,91 45,62 56,94 47,48 37,55 36,09 34,60 33,42
С32/40 41,12 44,92 47,60 48,88 49,40 39,51 38,05 36,59 35,34
С35/45 44,02 47,83 50,40 51,64 52,16 42,42 40,94 39,49 38,21
С40/50 46,55 50,29 52,78 54,00 54,48 44,96 43,49 42,05 40,76
С45/55 48,75 52,39 54,84 56,01 56,49 47,18 45,74 44,30 43,03
С50/60 50,70 54,26 56,63 57,77 58,22 49,17 47,74 46,33 45,09
На рисунке 1 приведены области значений ПВК для бездобавочных бетонов классов по прочности на сжатие С8/ю-С5%о, смесей П1.. ,П5 (ОК = 1.25 см) и Ж1.. ,Ж4 (5.40 с) и отпускной прочности бетона на сжатие 70%.
<— Ц
10 1г/м 3 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100
60
%
55 50 45 40 35
ПВК
30 25 20 15
10
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 90 кг/м 3 1000
Ц -»■
Н - область значений ПВК (смеси П1...П5 (ОК = 1...25 см); • - область значений ПВК (смеси Ж1...Ж4 (5...40 с)
Рисунок 1. - Область значений ПВК для бездобавочных бетонов классов по прочности на сжатие С8/ю-С50/бо (смеси П1...П5 (ОК = 1.25 см); Ж1...Ж4 (5.40 с)) и отпускной прочности на сжатие 70%
49
1
_
/ У
Р*
> / \
/ \
Анализ полученных данных показывает, что для одного класса бетона по прочности на сжатие для малопрочных бетонов (С8/10-С16/20), бездобавочных составов с подвижностью смеси П1.П5, при отпускной прочности бетона на сжатие 70%, значения ПВК отличаются на 4.6%, с подвижностью смеси Ж1.Ж4 - на 2.4%; для средне- и высокопрочных соответственно на 8.10 и 4.5%.
Аналогично исследовались составы бетонов для отпускных прочностей 80, 90 и 100%. Они показывают, что с повышением отпускной прочности бетона на сжатие разница в ПВК для одного класса бетона по прочности на сжатие незначительно уменьшается. При повышении отпускной прочности бетона на сжатие на 10% средние значения ПВК растут (в среднем на 5%).
В общем виде выражение для прогнозирования значений ПВК, %:
ПВК = к1Ц3 - к2 Ц2 + к3Ц - к4, (7)
где
к1-к4 - коэффициенты, аппроксимирующие полиномиальную кривую 3-ей степени;
ч3 / „л2
к1, %
( 3 ^ м
кг
к2, %
( 3 ^ м
кг
кэ, %; к4,
% • м'
3
Ц - количество цемента, кг/м3.
Полученные обобщенные зависимости показателя ПВК от состава для смесей П1 .П5 (ОК = 1.25 см) и Ж1 .Ж4 (5 .40 с) для отпускных прочностей бетона на сжатие 70, 80, 90 и 100% приведены в таблице 4.
кг
Таблица 4. - Результаты исследования ПВК для составов бетонных смесей марок по удобоукладываемости П1.П5 и Ж1 .Ж4
Марка по удобоукладываемости Отпускная прочность бетона, % Зависимость ПВК = у(Ц) Коэффициент детерминации, Я2
П1.П5 (ОК = 1.25 см) 70 3,0•Ю-8Ц3 -9,0•Ю-5Ц2 + 0,1240Ц-1,585 0,9997
80 3,3•Ю-8Ц3 -9,0•Ю-5Ц2 + 0,1245Ц-1,667 0,9997
90 2,8•Ю-8Ц3 -9,0•Ю-5Ц2 + 0,1235Ц-1,567 0,9997
100 2,2•Ю-8Ц3 -9,0•Ю-5Ц2 + 0,1222Ц-1,394 0,9996
Ж1.Ж4 (5-40 с) 70 5,0•Ю-8Ц3 -1,0•Ю-4Ц2 + 0,1317Ц-2,124 0,9996
80 4,8•Ю-8Ц3 -1,0•Ю-4Ц2 + 0,1307Ц-2,071 0,9996
90 4,3•Ю-8Ц3 -1,0•Ю-4Ц2 + 0,1290Ц-1,938 0,9997
100 4,0•Ю-8Ц3 -1,0•Ю-4Ц2 + 0,128Ц-1,825 0,9997
Путем интерполяции значений коэффициентов к1, к3, к4 для граничных значений отпускной прочности бетона на сжатие получены полиномиальные зависимости 2-ой степени коэффициентов к1, к3, к4 для различных отпускных прочностей бетона на сжатие.
В общем виде зависимость коэффициентов к1, к3, к4 от отпускной прочности бетона на сжатие:
2
к1(3)(4) = к5(8)(11)к + к6(9)(12)к + к7(10)(13),
(8)
где к5-кц - коэффициенты, аппроксимирующие полиномиальную кривую 2-ой степени; Я - отпускная прочность бетона на сжатие, МПа.
Значения коэффициентов к5-кц для составов бетонной смеси марок по удобоукладываемости П1 .П5:
к5 = -0,0028,
%
( 3 ^ м
МПа 2
кг
V У
; к6 = 0,4325,
%
(, .3 ^
МПа
кг
V У
; к7 =-13,78, %
( 3 ^ м
кг
V У
3 3 3
:-5,0•Ю-6, _%м_; к9 = 0,0007, ; к10 = 0,0970, ^; кп =-6,0•Ю-4 %
МПа2 • кг
МПа • кг
кг
МПа 2
к12 = 0,1012,
%
МПа ; 50
к13 =-2,381, %.
Значения коэффициентов к5-к13 для составов бетонной смеси марок по удобоукладываемости Ж1.. ,Ж4:
к5 = -0,0003,
%
Г. .3 ^
МПа2
кг
V У
; к6 = 0,0075,
%
Г. .3 \
МПа
кг
V У
; к7 = 5,725, %
Г 3 ^ м
кг
V У
3 3 3
= -8,010-7, ; к9 =-9,0-10-6, 7%7м_; кю = 0,1361, ; кп =-2,0.10-4 %
МПа2 • кг
МПа • кг
МПа
2 '
к12 = 0,0156,
% МПа
; к13 = 2,782, %.
Полученные зависимости для коэффициентов к\, кз и к4 составов бетонной смеси различных марок по удобоукладываемости приведены в таблицах 5 и 6.
Таблица 5. - Зависимости коэффициентов к\, к3 и к4 для составов бетонной смеси марок по удобоукладываемости П1.П5
Коэффициент
к1 кз к4
Зависимость /(Я) Я2 Зависимость /(Я) Я2 Зависимость /(Я) Я2
-0,0028Я2 + 0,4325Я -13,78 0,9865 -5,0 • 10-6 Я2 + 0,0007Я + 0,0 9709754 -6,0.10-4 Я2 + 0,1012Я - 2,38 10,9847
Таблица 6. - Зависимости коэффициентов к\, к3 и к4 для составов бетонной смеси марок по удобоукладываемости Ж1.. ,Ж4
Коэффициент
к1 кз к4
Зависимость /(Я) Я2 Зависимость /(Я) Я2 Зависимость /(Я) Я2
-0,0003Я2 + 0,0075Я + 5,725 0,980 1 -8,0.10-7Я2 -9,0.10-6Я + 0 Л0!,§936 -2,0.10-4 Я2 + 0,0156Я +1,78 2 0,9906
Таким образом, полученные по результатам анализа зависимости предельной величины карбонизации бездобавочного бетона от количества использованного цемента для различных отпускных прочностей бетона на сжатие:
- для составов бетонной смеси марок по удобоукладываемости П1.. ,П5
ПВК = (-0,0003Я2 + 0,0075« + 5,725)Ц3 +1,0-10-4Ц2 + (-8,0.10-7Я2 -9,0-10-6Я + 0,1361)Ц+
-4 2 (9)
+2,0.10 4Я2 - 0,0156Я + 1,782;
- для составов бетонной смеси марок по удобоукладываемости Ж1... Ж4
ПВК = (-0,0003Я2 + 0,0075Я + 5,725)Ц3 -1,0.10-4Ц2 + (-8,0.10-7Я2 -9,0-10-6Я + 0,1361)Ц+
-4 2 (10)
+2,0.10 4Я2 - 0,0156Я +1,782.
Поскольку значения ПВК определяются из условия, что степень гидратации цемента составляет 100% (а = 1) (но даже при самых длительных сроках эксплуатации а < 1), максимальные величины карбонизации необходимо определять, учитывая степень гидратации цемента, изменяющейся во времени с учетом эксплуатационных условий.
Степень гидратации цемента и ее изменение во времени целесообразно определять по зависимостям, полученным профессором В.В. Бабицким.
Степень гидратации цемента в возрасте 28 суток твердения, %,
а20 = 60Х - 3(1,65Х)2 • е165Х , (11)
где Х - относительное водосодержание цементного теста.
Увеличение степени гидратации цемента с течением времени
а = а20 [1 + 0,21/gт(Х-0,63)(ф-0,6)], (12)
где г- время твердения цементного камня (бетона), месяцы;
р - относительная влажность воздуха среды, доли единицы.
Для области обычной карбонизации целесообразно принимать ф = 0,65 для условий общественных (промышленных, с неагрессивной или малоагрессивной эксплуатационной средой) зданий, ф = 0,70 - для открытой атмосферы и ф = 0,75 - для условий сельскохозяйственных помещений. Для области ускоренной карбонизации -ф = 0,80 для условий общественных (промышленных, с неагрессивной или малоагрессивной эксплуатационной средой) зданий, ф = 0,85 - для открытой атмосферы и ф = 0,95 - для условий сельскохозяйственных помещений.
Заключение. Результаты исследований показывают, что для одного класса бетона по прочности на сжатие, для различных составов (в зависимости от количества использованного цемента), сразу после изготовления, кар-бонизируемость значительно отличается. Это необходимо учитывать при проектировании ЖБЭ и ЖБК. Нужно принимать составы бетона (с учетом рекомендуемых марок смесей по удобоукладываемости для конкретного изделия), используя как минимум средние значения ПВК для каждой марки бетонной смеси по удобоукладываемости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Васильев, А.А. Прогнозирование коррозионной поврежденности железобетонных элементов для различных условий эксплуатации / А.А. Васильев // Вестн. БелГУТа: наука и транспорт. - 2019. - № 2 (39). - С. 37-39.
2. Васильев, А.А. Карбонизация и оценка поврежденности железобетонных конструкций : моногр. / А.А. Васильев. - Гомель : БелГУТ, 2012. - 263 с.
3. Васильев, А.А. Оценка и прогнозирование технического состояния железобетонных конструкций с учетом карбонизации бетона : моногр. / А.А. Васильев. - Гомель : БелГУТ, 2019. - 215 с.
4. Papadakis, V.G. Fundamental Modeling and Experimental Investigation of Concrete Carbonation / V.G. Papadakis, C.G. Vayenas, M.N. Fardis // ACI Materials Journal. - 1991. - Vol. 88, №. 4. - P. 363-373.
5. Prediction model for carbonation of concrete structure considering heat and moisture transfer / Y. Kishimoto [et al.] // J. of Structural and Construction Engineering. - 2005. - № 595. - Р. 17-23.
6. Czarnecki, L. Methods of concrete carbonation testing / L. Czarnecki, P. Woyciechowski // Construction and Building Materials. -2008. - № 426. - Р. 5-7.
7. Статистические данные о глубине нейтрализации бетона в железобетонных конструкциях / В.Н. Левченко [и др.] // Вестн. Донбасской нац. акад. стр-ва и архитектуры. - 2009. - № 5 (79). - С. 40-42.
8. Бородай, Д.И. Прогноз сроков карбонизации бетона защитного слоя железобетонных элементов автодорожных мостов / Д.И. Бородай, А.А. Матюнин // Вестн. Донбасской нац. акад. стр-ва и архитектуры. - 2009. - № 1 (75). - С. 147-151.
9. Wang, X. A model for predicting the carbonation depth of concrete containing low-calcium fly ash / X. Wang, H. Lee // Constr. and Build. Mater. - 2009. - Vol. 23, iss. 2. - Р. 725-733. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.02.019.
10. Васильев, А.А. Совершенствование методов оценки технического состояния железобетонных элементов, эксплуатирующихся в условиях атмосферной агрессии / А.А. Васильев // Строительная наука и техника. - 2012. - № 2 (41). - С. 21-28.
11. Васильев, А.А. К вопросу необходимости учета карбонизации бетона в нормативных документах Республики Беларусь по оценке технического состояния железобетонных элементов и конструкций / А.А. Васильев // Вестн. БелГУТа: наука и транспорт. - 2017. - № 1 (34). - С. 87-88.
12. Васильев, А.А. К вопросу объективности современной оценки и прогнозирования карбонизации бетона на основе индикаторного метода / А.А. Васильев // Вестн. Брестского гос. техн. ун-та. Сер. Стр-во и архитектура. - 2020. - № 1. - С. 77-80.
13. Васильев, А.А. О необходимости разработки национального нормативного документа по оценке карбонизации бетона / А.А. Васильев // Вопросы внедрения норм проектирования и стандартов Европейского союза в области строительства : сб. науч.-техн. ст. / Белорус. нац. техн. ун-т ; редкол.: В.Ф. Зверев [и др.]. - Минск : Белорус. нац. техн. ун-т, 2013. - С. 40-54.
14. Васильев, А.А. Совершенствование оценки и прогнозирования технического состояния железобетонных элементов и конструкций, эксплуатирующихся в различных атмосферных условиях / А.А. Васильев // Проблемы современного бетона и железобетона : сб. науч. тр. / Ин-т БелНИИС ; редкол.: О.Н. Лешкевич [и др.]. - Минск : Ин-т БелНИИС, 2017. - Вып. 9. -С. 148-167.
15. Васильев, А.А. Оценка карбонизации и развития ее параметров во времени по сечению бетонов для различных эксплуатационных условий / А.А. Васильев // Вестн. Полоц. гос. ун-та. Сер. F, Стр-во. Прикладные науки. - 2021. - № 8. - С. 43-52.
16. Васильев, А.А. Оценка предельной величины карбонизации бетона / А.А. Васильев, Ю.К. Кабышева, Н.А. Леонов // Science and education: problems and innovations : c6. ст. VIII Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : МЦНС «Наука и просвещение», 2021. - С. 22-25.
REFERENCES
1. Vasil'ev, A.A. (2019). Prognozirovanie korrozionnoi povrezhdennosti zhelezobetonnykh elementov dlya razlichnykh uslovii eksplu-atatsii [Prediction of corrosion damage of reinforced concrete elements for different operating conditions]. Vestn. BelGUTa: nauka i transport [Bulletin of BSUT: science and transport], (2), 37-39. (In Russ., abstr. in Engl.).
2. Vasil'ev, A.A. (2012). Karbonizatsiya i otsenka povrezhdennosti zhelezobetonnykh konstruktsii. Gomel: BelGUT. (In Russ.).
3. Vasil'ev, A.A. (2019). Otsenka i prognozirovanie tekhnicheskogo sostoyaniya zhelezobetonnykh konstruktsii s uchetom karbonizatsii betona. Gomel: BelGUT. (In Russ.).
4. Papadakis, V.G., Vayenas, C.G. & Fardis, M.N. (1991). Fundamental Modeling and Experimental Investigation of Concrete Carbonation. ACI Materials Journal, 88 (4), 363-373.
5. Kishimoto, Y., Hokoi, Sh., Harada, K. & Takada, S. (2005). Prediction model for carbonation of concrete structure considering heat and moisture transfer. J. of Structural and Construction Engineering, (595), 17-23.
6. Czarnecki, L. & Woyciechowski, P. (2008). Methods of concrete carbonation testing. Construction and Building Materials, (426), 5-7.
7. Levchenko, V.N., Levchenko, D.V., Zaruba, A.V. & Kel'man, E.I. (2009). Statisticheskie dannye o glubine neitralizatsii betona v zhelezobetonnykh konstruktsiyakh [Statistical data on concrete neutralization depth in reinforced concrete structures]. Vestn. Donbasskoi nats. akad. str-va i arkhitektury [Proceeding of the Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture], (5), 40-42. (In Russ., abstr. in Engl.).
8. Borodai, D.I. & Matyunin, A.A. (2009). Prognoz srokov karbonizatsii betona zashchitnogo sloya zhelezobetonnykh elementov avtodorozhnykh mostov [Forecast of the time for carbonization of concrete of the protective layer of reinforced concrete elements of road bridges]. Vestn. Donbasskoi nats. akad. str-va i arkhitektury [Proceeding of the Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture], (1), 147-151. (In Russ., abstr. in Engl.).
9. Wang, X. & Lee, H. (2009). A model for predicting the carbonation depth of concrete containing low-calcium fly ash. Constr. and Build. Mater., 23 (2), 725-733. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.02.019.
10. Vasil'ev, A.A. (2012). Sovershenstvovanie metodov otsenki tekhnicheskogo sostoyaniya zhelezobetonnykh elementov, eksplu-atiruyushchikhsya v usloviyakh atmosfernoi agressii. Stroitel'naya nauka i tekhnika, (2), 21-28. (In Russ.).
11. Vasil'ev, A.A. (2017). K voprosu neobkhodimosti ucheta karbonizatsii betona v normativnykh dokumentakh Respubliki Belarus' po otsenke tekhnicheskogo sostoyaniya zhelezobetonnykh elementov i konstruktsii [On the issue of the need to take into account the carbonization of concrete in the regulatory documents of the Republic of Belarus on the assessment of the technical condition of reinforced concrete elements and structures]. Vestn. BelGUTa: nauka i transport [Bulletin of BSUT: science and transport], (1), 87-88. (In Russ., abstr. in Engl.).
12. Vasil'ev, A.A. (2020). K voprosu ob"ektivnosti sovremennoi otsenki i prognozirovaniya karbonizatsii betona na osnove indikator-nogo metoda [On the issue of objectivity of modern assessment and prediction of concrete carbonization based on the indicator method]. Vestn. Brestskogo gos. tekhn. un-ta [Vestnik of Brest State Technical University], (1), 77-80. (In Russ., abstr. in Engl.).
13. Vasil'ev, A.A. (2013). O neobkhodimosti razrabotki natsional'nogo normativnogo dokumenta po otsenke karbonizatsii betona. In V.F. Zverev (Eds.) [et al.] Voprosy vnedreniya norm proektirovaniya i standartov Evropeiskogo soyuza v oblasti stroitel'stva: sb. nauch.-tekhn. st. (40-54). Minsk: Belorus. nats. tekhn. un-t. (In Russ.).
14. Vasil'ev, A.A. (2017). Sovershenstvovanie otsenki i prognozirovaniya tekhnicheskogo sostoyaniya zhelezobetonnykh elementov i konstruktsii, ekspluatiruyushchikhsya v razlichnykh atmosfernykh usloviyakh [Perfection of estimation and prognostication of the technical state of the reinforce-concrete elements and constructions, exploited in different atmospheric terms]. In O.N. Leshkevich [et al.] (Eds.) Problemy sovremennogo betona i zhelezobetona: sb. nauch. tr. (148-167). Minsk: In-t BelNIIS. (In Russ., abstr. in Engl.).
15. Vasil'ev, A.A. (2021). Otsenka karbonizatsii i razvitiya ee parametrov vo vremeni po secheniyu betonov dlya razlichnykh eksplu-atatsionnykh uslovii [Assessment of carbonization and development of its parameters during time crossed concrete for different operating conditions]. Vestn. Polots. gos. un-ta. Ser. F, Str-vo. Prikladnye nauki [Vestnik of Polotsk State University. Part F. Constructions. Applied Sciences], (8), 43-52. (In Russ.).
16. Vasil'ev, A.A., Kabysheva, Yu.K. & Leonov, N.A. (2021). Otsenka predel'noi velichiny karbonizatsii betona. In Science and education: problems and innovations: sb. st. VIII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (22-25). Penza: MTsNS "Nauka iprosveshchenie ". (In Russ.).
Поступила 21.04.2022
ASSESSMENT AND FORECASTING MAXIMUM CARBONIZATION OF CONCRETE
A. VASILIEV
The article substantiates the need to study the carbonation of concrete and evaluate the maximum carbonization of it. The basic equation ofprediction of change in time by concrete cross section of carbonate component of cement-sand fraction of concrete is given. An expression is proposed for estimating the limit value of concrete carbonation (PVC). PVC from concrete composition (amount of used cement) for concrete without additives, compressive strength classes C8/10-C50/60, mixture compositions, grades for ease of laying P1...P5 and G1...G4 for each class of concrete in terms of compressive strength and different tempering strength of concrete was investigated. The obtained PVC values were analyzed. Dependencies of PVC change on the amount of used cement for any class of concrete in terms of compressive strength and different grades of mixtures in terms of ease of laying, as well as dependence of change of limit value of carbonization of non-addition concrete on the amount of used cement for different tempering strength of concrete and grades of mixtures in terms of ease of laying are obtained.
Keywords: concrete, carbonization, carbonate component, limit value of concrete carbonization.
