Betonin karbonatisoituminen

Karbonatisoitumiseksi kutsutaan betonin neutraloitumisreaktioita, joiden seurauksena betonin huokosveden  pH-arvo alenee.

Reaktiot aiheutuvat ilman sisältämän hiilidioksidin CO2 tunkeutumisesta betoniin, joka voidaan esittää muodossa:

(H₂O)

Ca (OH)₂ + CO₂-CaCO₃ + H₂O

Karbonatisoituminen etenee rintamana pinnasta alkaen. Kemialliset reaktiot tapahtuvat vyöhykkeessä, johon kulkeutuu rakenteen sisältä hydroksideja sekä ulkopuolelta hiilidioksidia. Betonin pH- arvo karbonatisoituneella vyöhykkeellä laskee likiarvoon 8.5. Betonin pH:n alentuessa (betoni happamoituu) se mahdollistaa myös kosteusvauriomikrobien pesäkkeen kehittymisen rakenteeseen ja pinnoille silloin kun kosteus ( RH % 92-98 ) on korkea ja rasitus pitkäaikainen.

Karbonatisoitumisen etenemisnopeus riippuu seuraavista kolmesta tekijästä:

1. Betonin (ja pinnan) diffuusiovastuksesta hiilidioksidin tunkeutumista vastaan
2. Ympäröivän ilman hiilidioksipitoisuudesta joka ulkorakenteissa on käytännössä vakio
3. Karbonatisoituvan aineen, lähinnä kalsiumhydroksidin määrästä

Betonin huokosrakenne ja kosteuspitoisuus vaikuttavat siihen, miten nopeasti hiilidioksidi pääsee tunkeutumaan betoniin. Betonissa olevat paikalliset halkeamat lisäävät hiilidioksidin tunkeutumista vauriokohdassa.

Betonin huokosrakenteeseen ja tiiviyteen vaikuttavat eniten betonin vesisementtisuhde (V/S) ja hydratoitumisaste. Vesisementtisuhteen alentuessa ja samalla lujuuden kasvaessa betonin tiiviys lisääntyy voimakkaasti. Kun karbonatisoituminen alkaa rakenteen pinnalta, on valetun betonirakenteen jälkihoidolla suuri merkitys.

Karbonatisoitumisen edetessä syvemmälle rakenteeseen, hiilidioksidin pääsy karbonatisoitumisvyöhykkeelle vaikeutuu merkittävästi. Karbonatisoitumisnopeus hidastuu jatkuvasti ja voi tiiviissä betonissa ulkorakenteessa lähes pysähtyä.  Ilman CO2- pitoisuus (hiilidioksidi) on lisäksi melko alhainen, noin 0,04-0,1 % tilavuudesta.

Betonin kosteuspitoisuus vaikuttaa karbonatisoitumiseen siten, että huokosverkon täyttyessä vedellä hiilidioksidin tunkeutuminen rakenteeseen vähenee. Siten sadevesi hidastaa tehokkaasti karbonatisoitumista, esimerkkinä parvekelaattojen yläpintojen betonin karbonatisoituminen, joka hidastuu erittäin merkittävästi. Hyvin kuivissa olosuhteissa (RH 30-40 %) karbonatisoituminen pysähtyy, koska reaktio voi tapahtua ainoastaan vesiliuoksessa.

Myös karbonatisoituvan aineen, lähinnä kalsiumhydroksidin määrän kasvu betonissa hidastaa karbonatisoitumista.  Kalsiumhydroksidin ja kalsiumsilikaattihydraatin määrään vaikuttavat sideaineen= sementin määrä ja laatu sekä betonin hydratoitumisaste. Sementtimäärän ja hydratoitumisasteen kasvaessa myös karbonatisoitumisen nopeus pienenee.