Carbonatisierung: Unterschied zwischen den Versionen

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Bildung von [[Calciumcarbonat]] CaCO<sub>3</sub> aus dem [[Calciumhydroxid]] Ca(OH)<sub>2</sub> des [[Zementstein|Zementsteins]] infolge Einwirkung von [[Kohlendioxid]] CO<sub>2</sub>: <br />
Bildung von [[Calciumcarbonat]] CaCO<sub>3</sub> aus dem [[Calciumhydroxid]] Ca(OH)<sub>2</sub> des [[Zementstein|Zementsteins]] infolge Einwirkung von [[Kohlendioxid]] CO<sub>2</sub>: <br />
Ca(OH)<sub>2</sub> + CO<sub>2</sub> ergibt CaCO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O<br />
Ca(OH)<sub>2</sub> + CO<sub>2</sub> ergibt CaCO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O<br />
Das [[Kohlendioxid]] kann aus der umgebenden Luft stammen oder durch CO<sub>2</sub>-haltiges Wasser zugeführt werden. Für den [[Bewehrungskorrosion|Rostschutz]] der [[Bewehrung]] von [[Stahlbeton]] ist die Carbonatisierung von größter Wichtigkeit, da hinter der Carbonatisierungsfront durch die Umwandlung des [[Calciumhydroxid]] der [[pH-Wert]] sinkt und das für den [[passiver Korrosionsschutz|passiven Korrosionsschutz]] erforderliche alkalische Milieu verloren geht. Die [[Betondeckung]] muss immer so dick sein, dass die carbonatisierte Schicht (Carbonatisierungsfront) nicht bis an die [[Bewehrung]] heranreicht.  
Das [[Kohlendioxid]] kann aus der umgebenden Luft stammen oder durch CO<sub>2</sub>-haltiges Wasser zugeführt werden. <br />
<br>Die Überprüfung, ob ein Beton carbonatisiert ist, erfolgt z. B. an Bruchflächen mit [[Phenolphthalein]].
 
<br>Die Aufnahmefähigkeit des Betons für [[Kohlendioxid]] - und damit der Fortschritt der Carbonatisierung - hängt stark von seinem Feuchtegehalt ab. Wassergesättigte Körper nehmen praktisch kein [[Kohlendioxid]] auf. Aber auch ein vollständig trockener Betonkörper carbonatisiert nicht weiter, da ein gewisser Feuchtegehalt Voraussetzung für den Ablauf der chemischen Reaktion ist. Daher carbonatisieren Bauteile, die direktem Niederschlag ausgesetzt sind, langsamer als Bauteile im Freien, die vor direktem Niederschlag geschützt sind.<br />
''Carbonatisierung und Dauerhaftigkeit''<br />
[[Stahlbeton]] ist in die [[Expositionsklassen]] XC (Carbonation) einzuordnen, je nach Feuchtegehalt. Entsprechend der oben aufgeführten Erkenntnisse sind die Anforderungen an den Beton in der [[Expositionsklassen|Expositionsklasse]] XC1 (trocken oder ständig nass) am niedrigsten, in XC4 (wechselnd nass und trocken) am höchsten.<br />
Für den [[Bewehrungskorrosion|Rostschutz]] der [[Bewehrung]] von [[Stahlbeton]] ist die Carbonatisierung von größter Wichtigkeit, da hinter der Carbonatisierungsfront durch die Umwandlung des [[Calciumhydroxid]] der [[pH-Wert]] sinkt und das für den [[passiver Korrosionsschutz|passiven Korrosionsschutz]] erforderliche alkalische Milieu verloren geht. Die [[Betondeckung]] muss immer so dick sein, dass die carbonatisierte Schicht (Carbonatisierungsfront) nicht bis an die [[Bewehrung]] heranreicht.<br>
Die Überprüfung, ob ein Beton carbonatisiert ist, erfolgt z. B. an Bruchflächen mit [[Phenolphthalein]].<br>
 
''Einflüsse auf den Fortschritt der Carbonatisierung''<br />
Die Aufnahmefähigkeit des Betons für [[Kohlendioxid]] - und damit der Fortschritt der Carbonatisierung - hängt stark von seinem Feuchtegehalt ab. Wassergesättigte Körper nehmen praktisch kein [[Kohlendioxid]] auf. Aber auch ein vollständig trockener Betonkörper carbonatisiert nicht weiter, da ein gewisser Feuchtegehalt Voraussetzung für den Ablauf der chemischen Reaktion ist. Daher carbonatisieren Bauteile, die direktem Niederschlag ausgesetzt sind, langsamer als Bauteile im Freien, die vor direktem Niederschlag geschützt sind.<br />
Die Carbonatisierungstiefe wird insbesondere von der [[Porosität]] und [[Durchlässigkeit]] des [[Zementstein|Zementsteins]] bestimmt. Ein ausreichend hoher [[Zementgehalt]], ein ausreichend geringer [[Wasserzementwert]], ein genügend hoher Alkalipuffer sowie eine sorgfältige [[Nachbehandlung]] verringern die Carbonatisierungsgeschwindigkeit auf ein technisch tolerierbares Maß.<br />
Die Carbonatisierungstiefe wird insbesondere von der [[Porosität]] und [[Durchlässigkeit]] des [[Zementstein|Zementsteins]] bestimmt. Ein ausreichend hoher [[Zementgehalt]], ein ausreichend geringer [[Wasserzementwert]], ein genügend hoher Alkalipuffer sowie eine sorgfältige [[Nachbehandlung]] verringern die Carbonatisierungsgeschwindigkeit auf ein technisch tolerierbares Maß.<br />
Der Alkalipuffer wird durch den Gehalt an freiem [[Calciumoxid]] CaO im [[Zementstein]] gebildet. [[Latent-hydraulisch|Latent-hydraulische]] Stoffe und [[Puzzolane]] "verbrauchen" einen Teil des freien CaO. Eine ausreichende Alkalitätsreserve kann nach Manns aus dem CaO-Gehalt im Porenwasser von Hochofenzement mit hohem [[Hüttensand|Hüttensandgehalt]] abgeleitet werden. Jahrzehntelange Erfahrung hat gezeigt, dass dieser einen ausreichenden Widerstand gegenüber den Einflüssen der Carbonatisierung aufweist. Nach verschiedenen Untersuchungen beträgt der Grenzwert 2,0 M.-% CaO, bezogen auf den Zement. <br />
''Einfluss der Carbonatisierung auf Formänderung und Druckfestigkeit''<br />
Die Volumenabnahme durch Umkristallisation und die Verdunstung des Wassers im Zuge der Carbonatisierung von Beton ist die Ursache für das [[Schwinden|Carbonatisierungsschwinden]].<br />
Die Volumenabnahme durch Umkristallisation und die Verdunstung des Wassers im Zuge der Carbonatisierung von Beton ist die Ursache für das [[Schwinden|Carbonatisierungsschwinden]].<br />
Carbonatisierung erhöht die Festigkeit des Betons.
Carbonatisierung erhöht die Druckfestigkeit des Betons.
 
''Anforderungen an den Beton''<br />
[[Stahlbeton]] ist in die [[Expositionsklassen]] XC (Carbonation) einzuordnen, je nach Feuchtegehalt. Entsprechend der oben aufgeführten Erkenntnisse sind die Anforderungen an den Beton in der [[Expositionsklassen|Expositionsklasse]] XC1 (trocken oder ständig nass) am niedrigsten, in XC4 (wechselnd nass und trocken) am höchsten.<br />


==Literatur==
==Literatur==
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*Schröder, F.; [[Smolczyk, Heinz-Günter|Smolczyk, H.-G.]]; Grade, K.; Vinkeloe, R.; Roth, R.: Einfluss von Luftkohlensäure und Feuchtigkeit auf die Beschaffenheit des Betons als Korrosionsschutz für Stahleinlagen. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 182. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1967
*Schröder, F.; [[Smolczyk, Heinz-Günter|Smolczyk, H.-G.]]; Grade, K.; Vinkeloe, R.; Roth, R.: Einfluss von Luftkohlensäure und Feuchtigkeit auf die Beschaffenheit des Betons als Korrosionsschutz für Stahleinlagen. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 182. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1967
*Verein Deutscher Zementwerke e.V.: Carbonatisierung des Betons. Einflüsse und Auswirkungen auf den Korrosionsschutz der Bewehrung.In beton 7-1972, S. 296-299
*Verein Deutscher Zementwerke e.V.: Carbonatisierung des Betons. Einflüsse und Auswirkungen auf den Korrosionsschutz der Bewehrung.In beton 7-1972, S. 296-299
*[http://fwbau.verlagbt2.de.w014576d.kasserver.com/eintrag/2-12-1997-716.html Manns, Wilhelm: Gemeinsame Anwendung von Silicastaub und Steinkohlenflugasche als Betonzusatzstoff. In: beton 12/1997, S. 716 - 720]
*[http://fwbau.verlagbt2.de.w014576d.kasserver.com/eintrag/2-3-1986-104.html Grube, Horst; Krell, Jürgen: Zur Bestimmung der Carbonatisierungstiefe von Mörtel und Beton. In: beton 3-1986, S. 104]
*[http://fwbau.verlagbt2.de.w014576d.kasserver.com/eintrag/2-3-1986-104.html Grube, Horst; Krell, Jürgen: Zur Bestimmung der Carbonatisierungstiefe von Mörtel und Beton. In: beton 3-1986, S. 104]
*[[Wischers, Gerd]]: Langzeitverhalten von Betonbauwerken. In Betonwerk + Fertigteiltechnik 8-1984, S. 589-592
*[[Wischers, Gerd]]: Langzeitverhalten von Betonbauwerken. In Betonwerk + Fertigteiltechnik 8-1984, S. 589-592

Version vom 11. April 2017, 15:58 Uhr

Feuchtegehalt des Betons und Carbonatisierungsfront
Einfluss der Bauteillage im Freien auf die Carbonatisierungstiefe
Einfluss des Wasserzementwerts auf die Carbonatisierungstiefe (Zementgehalte 420 kg/m³ / 300 kg/m³ / 240 kg/m³)

Bildung von Calciumcarbonat CaCO3 aus dem Calciumhydroxid Ca(OH)2 des Zementsteins infolge Einwirkung von Kohlendioxid CO2:
Ca(OH)2 + CO2 ergibt CaCO3 + H2O
Das Kohlendioxid kann aus der umgebenden Luft stammen oder durch CO2-haltiges Wasser zugeführt werden.

Carbonatisierung und Dauerhaftigkeit
Für den Rostschutz der Bewehrung von Stahlbeton ist die Carbonatisierung von größter Wichtigkeit, da hinter der Carbonatisierungsfront durch die Umwandlung des Calciumhydroxid der pH-Wert sinkt und das für den passiven Korrosionsschutz erforderliche alkalische Milieu verloren geht. Die Betondeckung muss immer so dick sein, dass die carbonatisierte Schicht (Carbonatisierungsfront) nicht bis an die Bewehrung heranreicht.
Die Überprüfung, ob ein Beton carbonatisiert ist, erfolgt z. B. an Bruchflächen mit Phenolphthalein.

Einflüsse auf den Fortschritt der Carbonatisierung
Die Aufnahmefähigkeit des Betons für Kohlendioxid - und damit der Fortschritt der Carbonatisierung - hängt stark von seinem Feuchtegehalt ab. Wassergesättigte Körper nehmen praktisch kein Kohlendioxid auf. Aber auch ein vollständig trockener Betonkörper carbonatisiert nicht weiter, da ein gewisser Feuchtegehalt Voraussetzung für den Ablauf der chemischen Reaktion ist. Daher carbonatisieren Bauteile, die direktem Niederschlag ausgesetzt sind, langsamer als Bauteile im Freien, die vor direktem Niederschlag geschützt sind.
Die Carbonatisierungstiefe wird insbesondere von der Porosität und Durchlässigkeit des Zementsteins bestimmt. Ein ausreichend hoher Zementgehalt, ein ausreichend geringer Wasserzementwert, ein genügend hoher Alkalipuffer sowie eine sorgfältige Nachbehandlung verringern die Carbonatisierungsgeschwindigkeit auf ein technisch tolerierbares Maß.
Der Alkalipuffer wird durch den Gehalt an freiem Calciumoxid CaO im Zementstein gebildet. Latent-hydraulische Stoffe und Puzzolane "verbrauchen" einen Teil des freien CaO. Eine ausreichende Alkalitätsreserve kann nach Manns aus dem CaO-Gehalt im Porenwasser von Hochofenzement mit hohem Hüttensandgehalt abgeleitet werden. Jahrzehntelange Erfahrung hat gezeigt, dass dieser einen ausreichenden Widerstand gegenüber den Einflüssen der Carbonatisierung aufweist. Nach verschiedenen Untersuchungen beträgt der Grenzwert 2,0 M.-% CaO, bezogen auf den Zement.

Einfluss der Carbonatisierung auf Formänderung und Druckfestigkeit
Die Volumenabnahme durch Umkristallisation und die Verdunstung des Wassers im Zuge der Carbonatisierung von Beton ist die Ursache für das Carbonatisierungsschwinden.
Carbonatisierung erhöht die Druckfestigkeit des Betons.

Anforderungen an den Beton
Stahlbeton ist in die Expositionsklassen XC (Carbonation) einzuordnen, je nach Feuchtegehalt. Entsprechend der oben aufgeführten Erkenntnisse sind die Anforderungen an den Beton in der Expositionsklasse XC1 (trocken oder ständig nass) am niedrigsten, in XC4 (wechselnd nass und trocken) am höchsten.

Literatur



Beton für große Ideen
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