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Retrait par carbonatation
Le CO_2 atmosphérique pénètre dans les pores du béton et, en présence d'humidité, forme de l'acide carbonique, qui réagit ensuite avec l'hydroxyde de…
En présence d’humidité, le dioxyde de carbone atmosphérique qui pénètre dans la surface du béton se transforme en acide carbonique, qui réagit chimiquement avec l’hydroxyde de calcium contenu dans le ciment hydraté pour former du carbonate de calcium et de l’eau.
Le carbonate de calcium produit lors de la réaction se dépose dans les pores du béton, tandis que l’eau libérée favorise l’hydratation du ciment n’ayant pas réagi.
Cela se traduit par la contraction du béton, connue sous le nom de retrait de carbonatation.
La carbonatation commence à la surface du béton et se déplace lentement vers l'intérieur.
Sa progression dépend de la perméabilité du béton, de son taux d'humidité, de sa teneur en dioxyde de carbone et de son humidité relative
.Au fur et à mesure que la carbonatation progresse, la nature alcaline de la pâte de ciment hydratée se neutralise.
Par conséquent, si l’oxygène et l’humidité pénètrent dans le béton, la corrosion de l’armature en acier incrustée à l’intérieur est susceptible de se produire.
Généralement, pour évaluer l’étendue de la carbonatation dans le béton, une surface fraîchement brisée est pulvérisée avec de la phénolphtaléine.
Les zones qui virent au rose révèlent la présence d’hydroxyde de calcium libre, indiquant l’absence de carbonatation, tandis que les zones qui conservent leur couleur d’origine indiquent la carbonatation.
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Q1: What chemical reaction causes carbonation shrinkage in concrete?
Atmospheric carbon dioxide enters concrete pores and forms carbonic acid in the presence of moisture. This acid reacts with calcium hydroxide in the hydrated cement, producing calcium carbonate and water. The calcium carbonate deposits in the pores, causing concrete volume to contract, while the released water aids hydration of unreacted cement.
Q2: How does carbonation progress through concrete?
Carbonation starts at the concrete surface and moves inward slowly. Its progression rate depends on the concrete's permeability, moisture level, atmospheric carbon dioxide content, and relative humidity. Water-filled pores slow carbon dioxide diffusion, so concrete shielded from rainfall but exposed to moist air experiences more significant carbonation than periodically rain-rinsed concrete.
Q3: What are the effects of carbonation on concrete properties?
Carbonation slightly reduces concrete permeability as calcium carbonate fills pores and slightly enhances strength through continued cement hydration. However, it neutralizes the alkaline nature of the cement paste. When carbonation reaches reinforcement steel, the loss of alkalinity allows moisture and oxygen to penetrate, significantly increasing the risk of steel corrosion.
Q4: Why does carbonation increase the risk of reinforcement corrosion?
The alkaline environment of hydrated cement normally protects embedded steel from corrosion. Carbonation neutralizes this alkalinity, removing the protective barrier. If oxygen and moisture then penetrate the concrete and reach the reinforcement steel, corrosion becomes likely, compromising the structural integrity of the concrete member.
Q5: How is carbonation depth measured in concrete?
A freshly broken concrete surface is sprayed with phenolphthalein indicator solution. Non-carbonated areas containing free calcium hydroxide turn pink, while carbonated areas retain their original color. This color contrast reveals the carbonation depth and helps assess how far the carbonation process has advanced into the concrete.
Q6: What factors influence the rate of carbonation in concrete?
Carbonation rate is controlled by concrete permeability, moisture content, atmospheric carbon dioxide levels, and ambient relative humidity. Lower permeability slows carbon dioxide diffusion. Higher moisture content in pores also reduces diffusion rates. Environmental conditions with moderate humidity and higher CO2 concentrations accelerate carbonation compared to very wet or very dry conditions.
Q7: How does carbonation differ from other forms of shrinkage in concrete?
Carbonation shrinkage results from a chemical reaction between atmospheric CO2 and cement paste components, causing volume reduction and potential reinforcement corrosion. Unlike drying shrinkage, which occurs from moisture loss, carbonation is driven by atmospheric carbon dioxide penetration and can occur even in moist environments, making it a distinct deterioration mechanism.