In poröse Betonbauteile eindringendes Kohlendioxid (CO2) reagiert mit Wasser bzw. Wasserdampf zu Kohlensäure. Diese verbindet sich mit dem Kalkhydrat zu Kalkstein (Kalziumkarbonat) und Wasser. Dieser zu einer Verdichtung des Betongefüges und zu einer Erhöhung der Betonfestigkeit führende Vorgang wird als »Karbonatisierung« bezeichnet. Hierdurch wird die Alkalität des Betons abgebaut, die den Korrosionsschutz für den eingelegten Stahl dargestellt, mit der Folge einer erhöhten Korrosionsgefahr. Erreicht der pH-Wert des Betons Werte unter etwa 10, so ist kein aktiver Korrosionsschutz für den Stahl mehr vorhanden. Die Passivierungsschicht des Bewehrungsstahles löst sich auf.
Wenn die Karbonatisierung großflächig die Oberfläche der Bewehrung erreicht hat, sind die anodisch oder kathodisch wirkenden Stahloberflächen so klein, dass sie mit dem Auge örtlich nicht mehr voneinander getrennt werden können. Es bilden sich Lokalelemente mit sehr kleinen zusammenhängenden Anoden- und Kathodenflächen aus, bei denen der Stahlabtrag äußerlich gleichmäßig über die Stahloberfläche erfolgt. Im Bereich von Rissen in Beton, aber auch nach der örtlichen Sanierung, sind jedoch auch im karbonatisierten Beton Makrokorrosionselemente möglich.
In der Praxis lässt sich die Karbonatisierungstiefe mit Hilfe von Phenolphthaleinlösung ermitteln. Interessant ist das Karbonatisierungsverhalten zur Luftfeuchtigkeit. Wassergefüllte Betonporen verhindern das Eindringen von CO2, sodass frei bewitterte Betonbauteile langsamer karbonatisieren als solche, die regengeschützt der normalen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind. Bei ca. 45 % - 75 % relativer Luftfeuchte ist die Karbonatisierungsgeschwindigkeit am größten. Diese ist weiterhin abhängig von der Betongüte (vgl. dazu Abb. unter „Carbonatisierung“) und der Oberflächenversiegelung.
Zur Abbildung:
Wenn Beton mit einer 1%-igen Lösung von Phenolphthalein in Wasser benetzt wird, verfärben sich die Bereiche rot, deren Alkalität für den Korrosionsschutz der Bewehrung noch ausreicht. Bei graubleibenden Flächen ist der pH-Wert schon so weit abgesunken, dass die Passivschicht der Bewehrungsstähle nicht mehr stabil ist. Erreicht nun die Karbonatisierungsfront den im Betonquerschnitt einliegenden Bewehrungsstahl, so beginnt dieser zu korrodieren.
siehe auch:
- Beton
- Betondeckung
- Betonkorrosion
- Betonstahl
- Bewehrung
- Carbonatisierung
- Chloride
- Kathodischer Korrosionsschutz
- Korrosion
- Korrosionsschutz
- Phenolphthalein
- pH-Wert
- X0
- XA
- XC
- XD
- XF
- XM
- XS
- Zement
