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?
Die Carbonatisierung ist eine chemische Reaktion zwischen dem Kohlendioxid in der Luft und dem Zementstein im Beton. Dadurch wandelt sich der Zementstein zu Calciumcarbonat, also Kalkstein.
Zum Hintergrund:
In der Regel setzt sich Beton aus den folgenden drei Bestandteilen zusammen:
- Zement
- Wasser
- Gesteinskörnung (meist aus Kies und Sand)
Durch das Wasser kommt es zur Hydratation des Zements, was wiederum zu dessen Aushärtung führt. Bei dieser chemischen Reaktion entsteht Calciumhydroxit Ca(OH)2. Calciumhydroxit besitzt einen pH-Wert von 12. Dank dieses alkalischen Milieus entsteht eine Passivierungsschicht auf der Stahlbewehrung, wodurch sie vor Korrosion geschützt wird.
Calciumhydroxit reagiert mit dem CO2 zu CaCO3 – Kalkstein.
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.
Welche Auswirkungen hat 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.
Wie bestimmt man die 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.
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