Analüütiline mudel betooni vastupidavuse hindamiseks karboniseerumisele Eestis

Betooni karboniseerumine on väliskeskkonna süsinikdioksiidi reageerimine betoonis leiduva kaltsiumhüdroksiidiga, mille tulemusel betooni pH tase hakkab langema. Portlandtsemendi kõige olulisemaks karboniseerumist mõjutavaks teguriks on portlandtsemendi klinkri sisaldus tsemendi koostises, mille järgi määratakse tsemendi klassid. Vaadeldes betoonisegu omadusi, siis tuleb enim tähelepanu pöörata vesitsementtegurile, kivistunud betooni korral poorsusele, paigalduse hoolsusele ja ilmastikutingimustele ning betoonpindade järelhooldusele. Lõputöö koostamise käigus on läbi töötatud mitmeid rahvusvahelisi uuringuid seoses betooni karboniseerumise kiiruse ja sügavuse arvutusmudelitest, millest lõputöö autor on välja valinud Eesti tingimustesse kõige paremini integreeritava Stefanie von Greve-Dierfeld ja Christoph Gehlen poolt täiendatud FIB 34 prognoosmudeli. Nimetatud mudelis on arvestatud laboritingimustes läbiviidava karboniseerumise määra katsetega, suhtelist õhuniiskust, järelhooldusaega, CO2 sisaldust ning märgumise tõenäosust arvestavate teguritega. Lõputöö koostamise käigus on autor põhjalikumalt andmeid kogunud ja uurinud arvutusmudelis kasutatavaid tegureid mõjutavaid Eesti geograafilisi iseärasusi ja iseloomulikke keskkonnatingimusi. Analüüsitud on pikaaegseid välisõhu suhtelise õhuniiskuse ja sademete hulga Riigi Ilmateenistuse vaatlusandmeid, 5 viimase aasta CO2 sisalduse loodusliku keskkonna Eesti Keskkonnauuringute Keskuse mõõteandmeid, millest on prognoosmudeli sisendiks tuvastatud keskmised ja keskmised ebasoodsad väärtused. CO2 sisalduse linnatingimustest esialgse ülevaate saamiseks viidi läbi lühiajalised mõõtmised, mis ei andnud oluliselt erinevaid tulemusi võrreldes loodusliku keskkonnaga. Autori koostatud karboniseerumise keskkonnaklasse eristava arvutusmudeli põhjal selgub, et kõige enam mõjutavad karboniseerumist tsemendi klass, betoonisegu vesitsementtegur, järelhooldusaeg ning betoonkonstruktsioonide märgumise tegur. Koostatud arvutusmudeli tulemuste võrdluseks viidi lõputöö raames läbi karboniseerumissügavuse mõõtmised Põhja-Eesti seitsmel sillal/viaduktil. Võrdlustulemused olid ootuspärased ning keskmiste ja keskmiste ebasoodsate väärtustega prognoosmudeli tulemused jäid valdavalt pessimistlikumaks kui mõõtetulemused, seega võib prognoosmudeli teostatud võrdluse korral usaldusväärseks lugeda. Mahupiirangutest tulenevalt, ei ole käesoleva lõputöö raames keskendutud selgepiiriliste karboniseerumisest tulenevate kaitsekihtide määramisele, vaid välja töötatud arvutusmudel ning selle põhjal avaldatud tulemused on hea alus täpsustatud kaitsekihtide määramiseks. Lõputöö suureks60 väärtuseks võib lugeda esimese fundamentaalse etapi läbimist teel betooni vastupanuklasside väljatöötamisele ning projekteerijate töö lihtsustamisele.

The aim of this thesis, “An Analytical Model to Determine the Durability of Concrete to Carbonization in Estonia” is to elaborate a calculation methodology in order to simplify the determination of the reinforcement cover of concrete structures based on carbonization for structures with a service life of more than 100 years and suitable for the conditions of Estonia. The European standards currently in use are not detailed enough to determine the reinforcement cover for long-term concrete (over 100 years). Also, in Estonia, the carbonation-induced concrete cover has not been sufficiently studied, so this thesis tries to fill some of the gaps and to lay the foundation for the development of resistance classes for concrete. The FIB 34 forecast model, supplemented by Stefanie von Greve-Dierfeld and Christoph Gehlen, has been selected, because it can be best integrated for Estonian conditions. This model takes into account carbonation rate tests carried out in laboratory conditions, relative humidity, after-care time, CO2 content and the factors that take into account the likelihood of wetting. In the course of the thesis, long-term observational data on relative humidity and precipitation and data on the last 5 years of CO2 content in the natural environment were analyzed, from which average and average unfavorable values have been identified as input for the forecast model. In order to get a rough overview of the CO2 content in an urban condition, short-term measurements were performed, which, however, did not give significantly different results compared to those of the natural environment. Based on the calculation model elaborated by the author and differentiating carbonation classes, it turns out that carbonization is most affected by the cement class, the water/cement ratio of the concrete mix, the after-care time and the wetting factor of concrete structures. To compare the results of the calculation model, carbonation depth measurements were performed on seven bridges in Northern Estonia. The results of the forecast model with average and average unfavorable values were mostly more pessimistic than the results of the measurements, so the forecast model can be considered reliable in this case. This thesis is a good basis for determining a more specific reinforcement cover value and for developing resistance classes of concrete, which would simplify the work of structural engineers in the future.