Bröckeln und bröseln – passiert das bei Betonbauwerken, ist oft die Carbonatisierung (alternativ: Karbonatisierung) Schuld. Wir klären in diesem Beitrag, was Carbonatisierung bedeutet, was diesen Prozess auslöst und welche Folgen er für den Beton hat.
Wie entsteht Carbonatisierung?
- Zement
- Wasser
- Gesteinskörnung (meist aus Kies und Sand)
Sinkender ph-Wert schwächt den Beton
Diese Carbonatisierung ist zunächst gar nicht problematisch, weil sie den Beton festigt. Mit der Zeit bewirkt die chemische Reaktion jedoch eine Abnahme des pH-Werts. Sinkt der pH-Wert unter 9, ist das alkalische Milieu nicht mehr in der Lage, die Betonbewehrung zu schützen.Auswirkungen der Carbonatisierung auf den Beton
Die vormals durch das alkalische Milieu geschützte Bewehrung ist der in Folge von Carbonatisierung eindringenden Feuchtigkeit schutzlos ausgeliefert und beginnt zu rosten. Dieser Prozess führt dazu, dass die Carbonatisierung auch nach außen hin sichtbar wird, denn durch den Rost vergrößert sich das Volumen der Bewehrung. Außerdem wird dabei ein Sprengdruck aufgebaut, durch den Betonteile abplatzen können.
Wie schnell verursacht Carbonatisierung Schäden am Beton?
Das hängt von mehreren Faktoren ab:
- Bauteilfeuchte: je feuchter das Bauteil, desto schneller die Carbonatisierung
- Porosität des Betons: je größere die Porenoberfläche, desto schneller die Carbonatisierung
- Alter des Bauteils: je älter das Bauteil, desto schneller die Carbonatisierung
Es kann aber passieren, dass die spezielle Beschaffenheit des Betons dazu führt, dass die Carbonatisierung gestoppt wird. Bei der Untersuchung des Prozesses müssen demnach immer mehrere Einflüsse sowie die jeweiligen Betoneigenschaften berücksichtigt werden.
Ermittlung der Carbonatisierungstiefe
Um die Carbonatisierungstiefe zu ermitteln, wird der Beton an einer frisch aufgebrochenen Stelle mit einer Indikatorlösung (Phenolphthalein) benetzt. An der Stelle, an der der Beton nicht carbonatisiert ist, erzeugt der Indikator eine Violettfärbung. Solange nur die äußeren Schichten betroffen sind (also die ohne Verfärbung), erzeugt der chemische Prozess noch keine Probleme.
Erst wenn auch tiefere Schichten keine Färbung aufzeigen, ist die Stahlbewehrung nicht mehr ausreichend geschützt, sodass Maßnahmen zur Betonsanierung erforderlich sind.
Häufige Fragen zur Carbonatisierung
Carbonatisierung ist eine chemische Reaktion im Beton, bei der Kohlendioxid aus der Luft mit den alkalischen Bestandteilen des Zementsteins reagiert. Dabei entsteht Calciumcarbonat, wodurch der pH-Wert des Betons sinkt.
Nein, Carbonatisierung ist nicht automatisch schädlich. Für den Beton selbst kann der Prozess zunächst sogar eine gewisse Festigung bewirken. Problematisch wird er vor allem dann, wenn dadurch der Schutz der Bewehrung verloren geht.
Carbonatisierten Beton erkennt man äußerlich oft nicht sicher. Fachlich wird die Carbonatisierungstiefe meist mit einer Phenolphthalein-Lösung an einer frischen Bruchfläche geprüft: Nicht carbonatisierte Bereiche färben sich violett, carbonatisierte Bereiche bleiben farblos.
Sinkt der pH-Wert des Betons durch Carbonatisierung, verliert die Bewehrung ihre schützende Passivschicht. In Verbindung mit Feuchtigkeit und Sauerstoff kann die Bewehrung dann korrodieren, was zu Rost, Volumenzunahme und später auch zu Abplatzungen im Beton führen kann.
Die Geschwindigkeit hängt von mehreren Faktoren ab, vor allem von Feuchtigkeit, Porengefüge, Betondeckung und Umgebungsbedingungen. Bei mittlerer Feuchte schreitet die Carbonatisierung oft schneller fort als in sehr trockenem oder sehr nassem Beton.
Verlangsamen lässt sich Carbonatisierung vor allem durch eine ausreichende Betondeckung, einen dichten und gut hergestellten Beton sowie durch einen wirksamen Oberflächenschutz. Auch regelmäßige Kontrolle und Instandhaltung helfen, das Eindringen von CO2 und Feuchtigkeit zu reduzieren.
Eine Sanierung ist notwendig, wenn die Carbonatisierungsfront so weit vorgedrungen ist, dass die Bewehrung nicht mehr ausreichend geschützt ist oder bereits Korrosionsschäden auftreten. Das ist besonders dann der Fall, wenn Risse, Abplatzungen oder sichtbare Rostspuren vorhanden sind.
Carbonatisierung ist die chemische Veränderung des Betons durch Kohlendioxid. Korrosion betrifft den Stahl der Bewehrung. Die Carbonatisierung selbst schädigt den Beton nicht unmittelbar, kann aber die Schutzwirkung des Betons so weit reduzieren, dass Korrosion an der Bewehrung ausgelöst wird.
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