Отверждение бетонных элементов путем диффузии в них двуокиси углерода при контролируемом давлении и температуре является одним из популярных методов ускоренного отверждения. Этот процесс позволяет CO2 диффундировать в бетон и подвергаться карбонизации. В результате карбонизации образуется термодинамически стабильный карбонат кальция.
Только на производство цемента приходится 5% глобальных выбросов CO2. Этот выброшенный CO2 может быть частично переработан и использован для отверждения бетонных конструкций. Таким образом, отверждение бетона с помощью CO2 способствует устойчивому строительству. В статье объясняется концепция и особенности использования CO2 для отверждения бетонных элементов.
Процесс карбонизации бетона
Карбонизация бетона – это процесс реакции между продуктами гидратации цемента и атмосферным ди-оксидом углерода. Следовательно, бетонные конструкции не новы для процесса карбонизации. Это естественная реакция, происходящая при воздействии на бетон атмосферного CO2 и называемая выветриванием карбонизации. Выветривание карбонизации – это медленный процесс, поскольку он снижает значение pH в бетонных конструкциях, что приводит к коррозии стальной арматуры.
Когда вышеописанный процесс карбонизации осуществляется в контролируемых условиях окружающей среды в камере на ранних стадиях твердения бетона и набора прочности, он называется процессом карбонизации при твердении. Процесс карбонизации при твердении – это процесс ускоренного твердения, при котором в емкость, где происходит твердение бетонных элементов, впрыскивается ди-оксид углерода. CO2 диффундирует в свежий бетон под низким давлением. В ходе этого процесса цементные соединения C3S и C2S, а также побочные продукты гидратации Ca (OH) 2 реагируют с CO2, образуя твердые карбонаты кальция (CaCO3) при температуре окружающей среды.
Ca (OH) 2 + CO2 = CaCO3 + H2O
C3S + 3CO2 + H2O = C-S-H + 3CaCO3
C2S + 2CO2 + H2O = C-S-H + 2CaCO3
Рис.1. Процесс карбонатного твердения сборного бетона из золы-уноса
Продукты гидратации образуются с ускоренной скоростью, и твердение способствует ускоренному набору прочности.
Углеродное твердение бетона
Название “углеродное твердение” происходит от названия компании CarbonCure, Канада, которая использует устойчивую технологию твердения бетона путем введения двуокиси углерода в свежий бетон. Эта технология получила признание во всем мире, поскольку при ее использовании не производится новый диоксид углерода. Вместо этого они повторно используют CO2, выделяемый промышленными и производственными предприятиями. Технология улавливает CO2, что способствует связыванию углерода. В конце концов, диоксид углерода встраивается в бетон надолго, что блокирует будущие выбросы CO2.
Примечание: Секвестрация углерода, также называемая удалением двуокиси углерода, – это процесс улавливания CO2 из атмосферы для смягчения последствий загрязнения CO2 и глобального потепления.
Рис. Установка зеленого бетонного блока с помощью бетона, отвержденного углекислым газом; Image Courtesy-Tower Labs
Несмотря на то, что эта технология пользуется огромным успехом, она не полностью внедрена большинством. Исследование показывает, что только 90 процентов бетонных заводов в США и Канаде используют систему углеродного отверждения.
Особенности бетона, отвержденного углекислым газом
Бетон, отвержденный углекислым газом, не оказывает никакого вредного воздействия на бетон по сравнению с бетоном, отвержденным обычным способом. Примечательным моментом при использовании этого метода является образование твердого, стабильного соединения CaCO3, которое только способствует быстрому набору прочности, но и блокирует дальнейшее выделение CO2.
Ди-оксид углерода является значительным парниковым газом; его выброс в атмосферу уменьшается благодаря этому методу. Таким образом, бетон с углеродным твердением является устойчивой строительной практикой.
Преимущества твердения бетона с помощью оксида углерода
Недостатки отверждения бетона с помощью ди-оксида углерода
1. Реакция ди-оксида углерода с бетонными блоками снижает уровень pH. Следовательно, стальная арматура в бетонных элементах подвергается коррозии. Он не используется для бетонных конструкций, армированных сталью.
2. Используется только для сборных блоков. Не применяется для RCC-конструкций.
Часто задаваемые вопросы
1. Что такое бетон, отверждаемый углекислым газом?
Углеродистый бетон или бетон, отверждаемый углекислым газом – это бетон, который подвергается отверждению путем введения углекислого газа. Бетонные элементы в свежем состоянии помещаются в камеру, в которой CO2 диффундирует в бетон при постоянной температуре и давлении. В системе происходит реакция карбонизации, и она быстрее набирает прочность. Это ускоренный метод твердения бетона.
2. Как происходит углеродное твердение?
Свежий бетон, попадая в среду углекислого газа, подвергается реакции карбонизации. В этой реакции соединения богуса и продукты гидратации, такие как Ca(OH)2, реагируют с CO2, образуя стабильные твердые соединения – карбонаты кальция.
3. Как происходит отверждение бетона ди-оксидом углерода?
Отверждение бетона с помощью CO2 является устойчивым только в том случае, если углерод, используемый для этого процесса, перерабатывается. Использование вновь произведенного CO2 для этого процесса не сделает его устойчивым.
Метод является устойчивым, если CO2, выделяемый промышленными предприятиями и производственными процессами, собирается, обрабатывается и используется для отверждения бетона. Таким образом, количество CO2, выбрасываемого в атмосферу, уменьшается. Следовательно, это метод секвестрации углерода.
4. Что является побочным продуктом бетона, отвержденного карбонизацией?
В процессе твердения бетона под воздействием углекислого газа происходит реакция карбонизации. Побочным продуктом этого процесса является карбонат кальция, который является термодинамически стабильным минералом. Он прочно встраивается в бетон без выделения CO2 в атмосферу на протяжении всего срока службы конструкции.
Читать далее:
- Как можно использовать воплощенный углерод для снижения глобального потепления?.
- Пиксельное строительство: Проверка выбросов углекислого газа.
- Воплощенный углерод в строительстве: Самое время сократить его.
- Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.
- Ухудшение состояния бетона в результате катионообменных реакций.
- Твердение высокоэффективного бетона – методы и продолжительность твердения.
- Строительная известь – свойства извести, преимущества и применение в строительстве.