admin 
Paskutinį kartą 2024 m. spalio 14 d. atnaujino administratorius
Betonas yra viena iš dažniausiai naudojamų statybinių medžiagų visame pasaulyje dėl savo stiprumo, ilgaamžiškumo ir universalumo. Tačiau, nepaisant plačiai paplitusio naudojimo, daugelis gali nežinoti vieno kritinio veiksnio, turinčio įtakos betono veikimui ir ilgaamžiškumui – pH lygio. Šiame įraše išnagrinėsime, kodėl betono pH yra svarbus, kaip jis veikia medžiagos ilgaamžiškumą ir kokių priemonių galima imtis norint kontroliuoti ir stebėti pH betono gamybos metu ir jo naudojimo trukmę.
Betono pH supratimas
Kas yra pH?
pH matuoja, kiek medžiaga yra rūgštinė arba šarminė (šarminė) skalėje nuo 0 iki 14. 7 pH yra neutralus, o mažesnės nei 7 vertės yra rūgštinės, o didesnės nei 7 – bazinės. Betone pH yra labai svarbus nustatant medžiagos cheminį stabilumą ir jos sąveiką su aplinkos veiksniais.
Šviežio betono pH
Šviežiai sumaišyto betono pH paprastai yra nuo 12,5 iki 13,5. Taip yra dėl kalcio hidroksidasšalutinis hidratacijos proceso produktas, atsirandantis, kai vanduo reaguoja su cementu. Kaip mes išsamiai išnagrinėsime, šis didelis šarmingumas yra būtinas norint apsaugoti betono plieno armatūrą nuo korozijos.
Kodėl pH yra svarbus betonui?
1. Armatūrinio plieno korozija
Betonas dažnai yra sutvirtintas plieniniais strypais (armatūra), kad būtų padidintas jo atsparumas tempimui. Aukšto pH aplinka šviežiame betone sukuria apsauginį plieno sluoksnį, žinomą kaip pasyvavimaskuris apsaugo nuo korozijos. Kai pH lygis viršija 11, aplink plieną susidaro stabilus apsauginis oksido sluoksnis, labai svarbus gelžbetonio struktūriniam vientisumui palaikyti.
Tačiau laikui bėgant aplinkos veiksniai, tokie kaip karbonizacija arba chloro jonų (dažniausiai randamų ledą tirpinančiose druskose arba jūros aplinkoje) poveikis gali sumažinti betono pH. Apsauginis oksido sluoksnis gali pablogėti, kai pH nukrenta žemiau 9, o tai gali sukelti plieno koroziją. Kai plienas korozuoja, jis plečiasi, sukurdamas vidinį slėgį, kuris veda į trūkinėjant ir skilimas betono, smarkiai pažeidžiant konstrukcijos vientisumą. Norėdami geriau suprasti betono armatūros koroziją, žr Amerikos betono instituto (ACI) vadovas.
2. Patvarumas ir ilgaamžiškumas
Betono ilgaamžiškumas yra glaudžiai susijęs su jo pH. Betonas, veikiamas agresyvios aplinkos, tokios kaip rūgštus dirvožemis, pramoninės atliekos arba rūgštus lietusgali smarkiai sumažėti pH. Mažėjant pH, betonas tampa labiau pažeidžiamas cheminiam skilimui.
Aukštas pH suteikia betonui atsparumą cheminių išpuolių iš rūgščių ir sulfatų. Rūgščioje aplinkoje, kurios pH yra mažesnis nei 7, betone gali ištirpti kalcio hidroksidas ir kalcio silikato hidratas (CSH), todėl gali būti padaryta didelė struktūrinė žala. Ilgalaikis buvimas tokioje aplinkoje gali drastiškai sutrumpinti betono tarnavimo laiką ir sukelti brangų remontą. Norėdami sužinoti daugiau apie rūgšties poveikio betonui poveikį, patikrinkite šį Portlando cemento asociacijos (PCA) šaltinį.
3. Karbonizacija: natūralus procesas, mažinantis pH
Vienas iš pagrindinių procesų, mažinančių betono pH, yra karbonizacija. Tai atsitinka, kai anglies dioksidas (CO₂) iš atmosferos reaguoja su kalcio hidroksidu betone, sudarydamas kalcio karbonatą (CaCO3). Ši reakcija sumažina pH nuo maždaug 12 iki 9 arba kai kuriais atvejais net žemesnį.
Karbonizacija prasideda nuo paviršiaus ir lėtai prasiskverbia giliau į betoną. Tokie veiksniai kaip betono kokybė, drėgmės poveikis ir įtrūkimų buvimas turi įtakos karbonizacijos gyliui. Labai atvirose konstrukcijose, tokiose kaip tiltai, karbonizacija gali vykti greičiau. Šis reiškinys yra plačiai ištirtas, o daugiau apie karbonizaciją galite sužinoti iš Betono draugijos vadovo apie karbonizaciją.
4. Šarminio silicio dioksido reakcija (ASR)
Betono pH taip pat turi įtakos jo jautrumui šarminio silicio dioksido reakcija (ASR)destruktyvus procesas, vykstantis, kai reaktyvusis silicio dioksidas užpilduose reaguoja su cemente esančiais šarmais. Dėl šios reakcijos susidaro ekspansyvus gelis, kuris, esant drėgmei, išsipučia ir sukuria vidinį slėgį, kuris sukelia įtrūkimus ir degradaciją.
ASR labiau tikėtinas betone su didelis šarmų kiekis, kuris koreliuoja su aukštu pH. Siekiant sumažinti ASR riziką, pH kontroliuojamas naudojant mažai šarminis cementas arba naudojant papildomas medžiagas, pvz lakieji pelenai, silicio dioksido dūmaiarba šlakaskurios sumažina bendrą šarmingumą. Šiame Nacionalinės surenkamojo betono asociacijos (NPCA) šaltinyje yra daugiau apie ASR ir prevencijos strategijas.
Kaip stebėti ir kontroliuoti betono pH
Atsižvelgiant į pH svarbą betono veikimui, jo stebėjimas ir kontrolė yra būtina per visą medžiagos gyvavimo ciklą – nuo gamybos iki eksploatavimo laikotarpio.
Gamybos metu
- Priedai ir priedai: Cheminiai priedai, tokie kaip lakieji pelenai, šlakas ir silicio dioksido dūmai, gali padėti reguliuoti betono pH, sumažinant laisvųjų šarmų kiekį. Šios medžiagos sumažina bendrą pH ir sušvelnina chemines reakcijas, tokias kaip ASR. Šių priedų pranašumus galite sužinoti iš JAV Federalinės greitkelių administracijos šaltinio apie SCM.
- Vandens kokybė: Mišinyje naudojamas vanduo taip pat turi būti tinkamo pH, nes užterštas arba rūgštus vanduo gali turėti įtakos galutinio produkto šarmingumui. Amerikos betono institutas (ACI) rekomenduoja betono mišiniuose naudoti geriamąjį vandenį, kad būtų išvengta rūgščių junginių, galinčių sumažinti pH, įvedimo.
Eksploatacijos stebėjimas
- pH tyrimo metodai: Betono pH tikrinimui gali būti naudojami keli metodai, įskaitant tokius cheminius rodiklius kaip fenolftaleinas ir pH matuokliai. Pavyzdžiui, fenolftaleinas pakeičia spalvą, kai purškiamas ant betono paviršiaus – rausva, kai pH viršija 9,5, ir bespalvis, kai pH yra žemesnis, o tai rodo galimą karbonizaciją arba skaidymąsi. Daugiau apie fenolftaleino testavimą rasite Statybos chemikalai.
- Karbonizacijos gylio bandymas: Inžinieriai gali reguliariai įvertinti karbonizacijos gylį betoninėse konstrukcijose, ypač tose, kurios yra veikiamos elementų. Jie matuoja pH lygį įvairiuose gyliuose, imdami pagrindinius mėginius, kad nustatytų bet kokius reikšmingus pokyčius. Jei karbonizacijos gylis viršija kritines ribas, gali būti taikomos apsauginės priemonės, pvz., dengimas dangomis. Sužinokite daugiau apie karbonizacijos bandymus šiame Australijos betono instituto vadove.
Su pH susijusių problemų mažinimas
- Apsauginės dangos: Apsauginių dangų ar sandariklių uždėjimas ant atviro betono gali padėti išlaikyti jo pH, ribojant poveikį CO₂, chlorido jonaiir drėgmės. Tai ypač svarbu tokioms konstrukcijoms kaip tiltai arba pastatai pakrantės zonose, kur didelė chlorido sukeltos korozijos rizika. Apsauginius sprendimus išsamiai aptaria Amerikos civilinių inžinierių draugija (ASCE).
- Remonto strategijos: Jei pH labai sumažėjo, taisykite tokias strategijas kaip elektrocheminė realizacija gali būti naudojamas karbonizuoto betono pH atstatyti. Šis procesas repasyvuoja plieno armatūrą, stabdo koroziją. Daugiau apie elektrocheminį realizavimą rasite šiame ScienceDirect tyrimo dokumente.
Realūs pH poveikio betonui pavyzdžiai
1. „Sampoong“ universalinės parduotuvės žlugimas (Pietų Korėja, 1995 m.)
Struktūriniai gedimai pirmiausia sukėlė Sampongo universalinės parduotuvės griūtis Pietų Korėjoje, tačiau tyrimai taip pat parodė, kad armatūros korozija vaidino svarbų vaidmenį. Koroziją greičiausiai paspartino pH kritimas, dėl kurio sumažėjo apsauginis sluoksnis aplink plieninius strypus. Šis tragiškas įvykis primena, kaip svarbu išlaikyti stabilų pH gelžbetoninėse konstrukcijose. Tolesnę analizę galite rasti šioje išsamioje „Sampoong Superstore“ ataskaitoje.
2. Morandi tiltas (Italija, 2018 m.)
The Morandi tiltas 2018 m. griūtis, per kurią žuvo 43 žmonės, iš dalies buvo siejama su betono gedimu, įskaitant karbonizacijos sukeltą pH sumažėjimą. Dėl šarmingumo praradimo susilpnėjo armatūros plienas, kuris turėjo įtakos bendram konstrukcijos gedimui. Čia galite sužinoti daugiau apie žlugimą ir jo priežastis BBC News tyrimas.
Paskutinės mintys
Betono pH yra kritinis veiksnys, tiesiogiai įtakojantis medžiagos ilgaamžiškumą, armatūros plieno vientisumą ir bendrą konstrukcijų ilgaamžiškumą. Aukštas šviežio betono pH lygis sukuria būtiną šarmingumą, apsaugantį plieną nuo korozijos. Tačiau aplinkos veiksniai, tokie kaip karbonizacija, chlorido jonai ir rūgštinės medžiagos, laikui bėgant gali sumažinti pH, o tai gali sukelti rimtų problemų, tokių kaip plieno korozija ir betono irimas.
Norint išvengti šių problemų, būtina stebėti ir kontroliuoti betono pH tiek gamybos metu, tiek visą jo eksploatavimo laiką. Naudodami papildomas medžiagas, apsaugines dangas ir pH tyrimo metodus, specialistai gali pailginti betoninių konstrukcijų tarnavimo laiką ir išvengti brangaus remonto.
Betono pH supratimas ir valdymas yra labai svarbus norint išlaikyti infrastruktūrą, užtikrinti saugumą ir skatinti statybų tvarumą. Pramonei vystantis, dėmesys pH išliks esminis dalykas kuriant patvarias ir ilgaamžes konstrukcijas.
Susiję įrašai:
