Кроме усадки при высыхании бетон подвергается усадке за счет карбонизации. Это явление было обнаружено только в последнее время и в большинстве имеющихся экспериментальных данных по усадке, величина усадки при высыхании включает в себя и усадку при карбонизации бетона. Однако природа усадки при карбонизации и высыхании со-вершенно различна.

Углекислый газ С02, имеющийся в атмосфере, в присутствии влаги вступает во взаимодействие с продуктами гидратации клинкерных минералов. Это взаимодействие происходит даже при малых концентрациях С02 в атмосфере, где парциальное давление С02 около ЗХЮ"4 атмосферы; в непроветриваемой лаборатории парциальное давление может составлять до 12X10~4 ат. Степень карбонизации увеличивается. с увеличением концентрации С02 в воздухе.
В присутствии С02 карбонизуется Са(ОН)2 бетона до СаСОз, в такие же реакции вступают и некоторые другие продукты гидратации цемента. Эти реакции могут протекать при низких концентрациях С02 в атмосфере, однако глубина карбонизации незначительна и медленно увеличивается во времени.

Рис. 6.19. Усадка при высыхании и усадка при карбонизации бетона при различной влажности воздуха
усадка: / — при карбонизации; 2 — при высыхании; 3 — суммарная
Степень карбонизации легко определяется при обработке свежего излома бетона фенолфталеином, при этом Са(ОН)2 приобретает малиновый цвет, в то время как карбонизован-ныйокрашивается. Степень карбонизации зависит также от влажности бетона и относительной влажности окружающей среды. Размер образцов тоже влияет на карбонизацию. Это связано с тем, что влага, образующаяся, в результате взаимодействия Са(ОН)2 с С02, стремится диффундировать в атмосферу с тем, чтобы установилось равновесие внутри образцов. Если диффузия протекает медленно, то давление пара в бетоне увеличивается до состояния насыщения и проникание С02 в образец приостанавливается.

Карбонизация сопровождается увеличением веса и усадкой бетона, которая при карбонизации вызывается растворением кристаллов Са(ОН)2 под действием сжимающих напряжений (вызванных действием усадки при высушивании) и отложением СаСОз в ненапряженных объемах.

На рис. 6.19 приведены кривые усадки при высыхании растворных образцов, хранившихся в атмосфере, свободной от С02, но с различной влажностью, а также кривые усадки под действием последующей карбонизации. Как видно из приведенных графических зависимостей, карбонизация приводит к увеличению усадки при значениях относительной влажности воздуха, от 100% До 25%. В последнем случае в поровом пространстве цементного камня содержится недостаточно влаги для образования из С02 угольной кислоты. При 100% влажности поры бетона заполнены водой, и диффузия С02 в цементный камень протекает очень медленно; возможно также, что диффузия ионов кальция из цементного камня приводит к образованию СаСОз с последующей кольматацией пор, расположенных в поверхностном слое.
Последовательность протекания процессов высыхания и карбонизации в значительной степени влияет на величину общей усадки.

Одновременное высыхание и карбонизация приводит к меньшей усадке, чем в случае, когда карбонизация происходит после высыхания (рис. 6.20), так как в первом случае большая часть процесса карбонизации идет при относительной влажности больше 50%, а при этих условиях усадка за счет карбонизации бетона автоклавного твердения очень мала.

В случае, когда бетон подвергается попеременному увлажнению и высушиванию в атмосфере, содержащей ССЬ, усадка, обусловленная карбонизацией (в цикле высыхания), становится значительно более заметной. При этом в любой стадии усадка больше, чем в атмосфере, не содержащей С02, поскольку карбонизация увеличивает величину необратимой ее части и может способствовать образованию трещин в бетоне.

Карбонизация бетона, предшествующая испытаниям при переменном увлажнении и высушивании, уменьшает влажностные деформации иногда наполовину. Это обстоятельство используется в практических целях путем предварительной карбонизации элементов заводского изготовления, проводимой сразу после распалубки. В этом случае при строгом соблюдении влажностных условий при карбонизации получают бетон с малыми величинами влажностных деформаций.
Карбонизация бетона приводит также к увеличению его прочности и снижению проницаемости вследствие того, что вода, выделяющаяся при карбонизации, способствует гидратации, а СаСОз уплотняет цементный камень.