10.8
炭酸化収縮
大気中の二酸化炭素はコンクリートの細孔に浸透し、水分が存在すると炭酸を形成し、それが水和セメント中の水酸化カルシウムと反応して炭酸カルシウムを形成します。このプロセスによりコンクリートの体積が減少し、これを炭酸化収縮と呼びます。
反応中に生成された炭酸カルシウムがコンクリートの細孔を埋めるため、コン…
湿気の存在下では、コンクリート表面に入る大気中の二酸化炭素が炭酸に変化し、水和セメント中の水酸化カルシウムと化学反応して炭酸カルシウムと水を形成します。
反応中に生成された炭酸カルシウムはコンクリートの細孔に堆積しますが、放出された水は未反応のセメントの水和を助けます。
これにより、中性化収縮として知られるコンクリートの収縮が発生します。
炭酸化はコンクリートの表面から始まり、ゆっくりと内側に移動します。
その進行は、コンクリートの透過性、水分レベル、二酸化炭素含有量、および周囲空気の相対湿度に依存します。
炭酸化が進むと、水和セメントペーストのアルカリ性が中和されます。
そのため、酸素や水分がコンクリートに浸透すると、コンクリートに埋設された鉄筋の腐食が発生しやすくなります。
一般に、コンクリートの中性化の程度を評価するために、新たに壊れた表面にフェノールフタレインを噴霧します。
ピンク色に変わった部分は、炭酸化がないことを示し、元の色を保持している部分が炭酸化を示していることを示しています。
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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.