Carbonatisierung

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

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)

Literatur

• Verein Deutscher Zementwerke e. V. (Hrsg.): Zement-Taschenbuch 51. Ausgabe. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2008
• Bakker, R.F.M.; Roessink, G.: Zum Einfluss der Karbonatisierung und der Feuchte auf die Korrosion der Bewehrung im Beton. Beton-Informationen 31 (1991) H. 3/4, S. 27-31
• Schröder, F.; 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
• 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