Carbonatatie

Betekenis

Carbonatatie is de scheikundige reactie van gebluste kalk (calciumhydroxide, Ca(OH)2) met koolzuurgas (CO2), waarbij calciumcarbonaat (CaCO3) en water ontstaan: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O. De gevormde calciumcarbonaat is onoplosbaar; de reactie verlaagt de basische pH van het materiaal waardoor de omgeving zuurder wordt.

Toepassing

Carbonatatie komt voor in cementgebonden materialen en kalksteen.

• Optreedt in beton en kalksteen bij blootstelling aan CO2 uit de lucht.
• Vult haarscheurtjes doordat calciumhydraat reageert met CO2 en vaste kalk vormt (zelfherstellend effect).
• Vermindert de alkaliteit van beton waardoor wapening vatbaar wordt voor corrosie.
• Wordt beïnvloed door betonkwaliteit, porositeit en betondekking.

Aandachtspunten

• Calciumhydroxide beschermt wapening door zijn hoge pH (ongeveer 12,5); carbonatatie verlaagt die pH.
• De pH kan soms dalen tot onder circa 9, waarna corrosie van wapeningsstaal kan optreden en betonrot kan ontstaan.
• CO2 dringt het poriewater binnen via voegen, scheuren en door het poreuze/permeabele karakter van beton.
• Naarmate CaCO3 aangemaakt wordt, vermindert de porositeit en permeabiliteit doordat fijne openingen worden gedicht, wat verder binnendringen bemoeilijkt.
• De diepte tot waar koolzuur is opgenomen heet carbonatatiediepte.

Werking / principe

• De basisreactie is Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O; dit proces verlaagt de pH en zet oplosbare hydroxiden om in onoplosbare carbonaatlagen.
• Het gevormde calciumcarbonaat kan in sommige gevallen scheurtjes van buitenlucht afsluiten en zo lokaal herstel van het beton veroorzaken.

Bescherming en herstel

• Re-alkalisatie kan relatief onaangetast beton weer beschermen door de alkaliteit te herstellen.
• Kathodische bescherming is mogelijk: in één voorbeeld (Muinck Keizerbrug, Utrecht) werd de wapening onder permanente stroom van enkele milliampères gezet om betonrot te voorkomen wanneer strooizout het beton bereikt; die stroom werd als onschadelijk voor flora, fauna, mens en verkeer beschreven.
• Carbonatatieremmende muurverven kunnen carbonatatie vertragen of tegenhouden; eisen voor effectieve bescherming vermeld in praktijkbronnen omvatten:
  • voldoende CO2-dichtheid (μd-waarde CO2 groter dan 50 m),
  • doorlaatbaarheid voor waterdamp (μd-waarde H2O kleiner dan 2 m),
  • lage wateropname (slagregendichtheid),
  • voldoende elasticiteit (rek tot breuk),
  • weerstand tegen vervuiling en verkleuring.