Kalkkikiviseossementeistä valmistettujen betonien karbonatisoitumisen tutkiminen

Abstract

Betonin karbonatisoituminen tarkoittaa sen huokosveden pH-arvon alenemista. Karbonatisoitumisreaktiossa ilman sisältämä hiilidioksidi tunkeutuu betoniin, jolloin raudoitteita suojaava vaikutus häviää. Betonin karbonatisoitumiseen vaikuttavat sekä betonin koostumus että vallitsevat ilmasto olosuhteet.

Tässä insinöörityössä selvitetään erilaisten sementtien ja olosuhteiden vaikutusta betonin karbonatisoitumiseen. Tarkoituksena on tutkia, voidaanko sementin kalkkikiviseostusta käyttää heikentämättä betonin säilyvyysominaisuuksia. Taustana työlle on tavoite vähentää sementin valmistuksessa syntyviä hiilidioksidipäästöjä sementin seostuksella eli kalkkikiven lisäyksellä.

Tutkimuksessa käytetyt betonikappaleita säilytetään kolmessa erilaisessa olosuhteessa, jolloin nähdään lämpötilan, suhteellisen kosteuden ja hiilidioksidin vaikutus betonin karbonatisoitumiseen. Betonin karbonatisoitumista tutkitaan standardin SFS-EN 13295 mukaisesti. Tutkimuksen kesto olosuhteittain on 1–2 vuotta, mutta tässä työssä karbonatisoitumista tarkastellaan ensimmäisen vuoden aikana. Ensimmäisenä vuonna eri sementtilaatujen karbonatisoitumisen eteneminen vaihtelee suuresti olosuhteen ja betonireseptin mukaan. Betonin karbonatisoitumisaste on kaikissa olosuhteissa ja massoissa kuitenkin lähes lineaarinen.

Työn tuloksena voidaan sanoa, että suuri kalkkipitoisuus ja vesi-sementtisuhde betonissa nopeuttavat karbonatisoitumista. Lisäksi karbonatisoituminen korreloi betonin lujuuden kanssa. Alhainen vesi-sementtisuhde lujittaa ja tiivistää betonia. Tiivis betoni estää hiilidioksidin tunkeutumista toisin kuin huokoinen betoni. Vesi-sementtisuhteen ollessa pieni, karbonatisoituminen on hidasta ja jää vähäiseksi.

Carbonation of concrete means the decreasing of ph-value in capillary water. In carbonation reaction, carbon dioxide penetrates into the concrete. As a result, the protecting effect of the reinforcement disappears. Composition of concrete and prevailing air conditions will affect the carbonation of concrete.

This thesis studies the impacts of concrete and environment on the carbonation of concrete. The purpose of this study was to find out if the proportion of the limestone in cement can be used without simultaneously reducing durability properties of concrete. The objective of this thesis was to reduce the carbon dioxide emissions caused by the making process by proportioning concrete and increasing in limestone level.

The concrete samples used in this study were held in three different conditions, which demonstrated the effect of temperature, relative humidity and the amount of carbon dioxide on carbonation of concrete. The study of the carbonation of concrete was executed by using the SFS-EN 13295 standard. Depending on the conditions, the duration of the study varied from one to two years. This thesis explores only the carbonation during the first year. Based on this, it can be noticed that the process of the carbonation for different cement qualities is strongly depended on the conditions and the concrete receipt. However, the level of carbonation in all condition is nearly linear.

As a result of this study, it can be said that high limestones concentration and watercement ratio in concrete accelerates the reaction of carbonation. Furthermore, the carbonation correlates with the compressive strength of concrete. The low water-cement ratio increases the compressive strength and density of concrete. Dense concrete prevents the penetration of carbon dioxide, in contrast to porous concrete. Carbonation is slow and minimal when the water-cement ratio is low.