Die Karbonatisierung von Beton beginnt am ersten Tag an der Oberfläche und wandert über Jahrzehnte langsam nach innen. Wir erklären Ihnen, welche chemische Reaktion dahintersteckt, wann sie für Stahl im Bauteil wichtig wird und wie Sie die Karbonatisierungstiefe auf der Baustelle selbst messen.
Das Wichtigste in Kürze
- Ursache: CO₂ aus der Luft reagiert mit Calciumhydroxid zu Kalkstein
- Folge im Zementstein: pH-Wert sinkt von über 12 auf etwa 9
- Für Stahl im Beton: Korrosionsschutz geht verloren, sobald die Front ihn erreicht
- Schnellstes Tempo: bei 50 bis 70 % relativer Luftfeuchte
- Messung: Phenolphthalein färbt alkalischen Beton violett
- Klimabilanz: Beton bindet über seine Nutzung wieder CO₂
Definition: Was Karbonatisierung bei Beton bedeutet
Karbonatisierung ist die Reaktion von Kohlendioxid aus der Luft mit dem Calciumhydroxid im Zementstein, bei der Calciumcarbonat entsteht und der pH-Wert des Betons von über 12 auf etwa 9 fällt. Das Calciumhydroxid bildet sich beim Erhärten des Zements und hält den frischen Beton stark alkalisch. Laut Glossar von BauNetz Wissen schützt genau diese Alkalität den Bewehrungsstahl, solange der pH-Wert bei 12 oder darüber liegt.
Zur Definition der Karbonatisierung von Beton gehört auch ihre Richtung: Die Reaktion läuft von außen nach innen. Zwischen der karbonatisierten Randzone und dem noch alkalischen Kern liegt eine scharfe Grenze, die Karbonatisierungsfront.
Chemische Reaktion und Formel der Karbonatisierung
Für die Karbonatisierung braucht es zwei Dinge aus der Umgebung: CO₂ aus der Luft und Wasser in den Poren. Die chemische Reaktion bei der Karbonatisierung von Beton läuft deshalb in zwei Schritten ab:
- Kohlensäure entsteht: CO₂ + H₂O → H₂CO₃
- Kalkstein entsteht: Ca(OH)₂ + H₂CO₃ → CaCO₃ + 2 H₂O
Zusammengefasst lautet die Formel der Karbonatisierung von Beton Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O. Aus Calciumhydroxid wird also Calciumcarbonat, chemisch derselbe Stoff wie Kalkstein. Das Wasser aus der Reaktion bleibt in den Poren und verdunstet zum Teil, während das Calciumcarbonat die Poren des Zementsteins teilweise füllt.
Was die Beton-Karbonatisierung für Stahl bedeutet
Die einfachste Erklärung der Karbonatisierung von Beton und ihrer Folgen liefert der pH-Wert. Solange der Beton um den Stahl herum alkalisch ist, trägt der Stahl eine dünne Schutzschicht. Erreicht die Front den Stahl, löst sich diese Schicht auf:
Rost braucht mehr Platz als Stahl und sprengt mit der Zeit die Betondeckung ab, was Sie an Rostfahnen und abgeplatzten Kanten erkennen. Beton ohne Bewehrung bleibt von diesen Folgen frei, weil dort kein Stahl seinen Schutz verlieren kann.
Wie schnell karbonatisiert Beton?
Die Front wandert anfangs schneller und wird dann immer langsamer, weil das CO₂ einen wachsenden Weg durch die schon karbonatisierte Schicht zurücklegen muss. Die Tiefe nimmt grob mit der Wurzel der Zeit zu: Für die doppelte Tiefe braucht es etwa die vierfache Zeit. Wie schnell es im Einzelfall geht, hängt vor allem an der Feuchte:
Ein Forschungsbericht für das Schweizer Bundesamt für Strassen erklärt den Grund: In wassergefüllten Poren wandert CO₂ um drei bis vier Größenordnungen langsamer als in trockenem Beton. Unter dem Dach einer Satteldachhalle oder in einer Lagerbox schreitet die Reaktion deshalb schneller voran als an einer Wand, die regelmäßig im Regen steht. Dichter Beton mit niedrigem Wasserzementwert und guter Nachbehandlung bremst die Front zusätzlich.
Karbonatisierungstiefe messen mit dem Phenolphthalein-Test
Wie weit die Front schon gewandert ist, zeigt ein einfacher Farbtest an einer frischen Bruchfläche oder einem Bohrkern. Das Verfahren beschreibt die DIN EN 14630 bei DIN Media, die Sie dort als Prüfnorm für Festbeton erhalten:
Am aussagekräftigsten ist eine wirklich frische Fläche. Eine gesägte oder länger offen liegende Fläche karbonatisiert selbst weiter und verfälscht das Ergebnis.
Beton als CO₂-Speicher
Was für den Stahl ein Risiko ist, hat für die Klimabilanz eine gute Seite. Beim Brennen von Zementklinker wird CO₂ aus dem Kalkstein frei, und die Karbonatisierung bindet einen Teil davon über die Nutzungsdauer wieder. Eine Studie in Nature Geoscience schätzt, dass karbonatisierende Zementbaustoffe weltweit von 1930 bis 2013 rund 4,5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff aufgenommen haben, 43 % der Prozessemissionen aus der Zementherstellung im selben Zeitraum.
Mehrfach genutzte Bauteile verbessern die Bilanz zusätzlich, weil für einen wiederverwendeten Block kein neuer Zement gebrannt werden muss. Unsere Beton-Legosteine lassen sich ohne Mörtel versetzen und mehrfach wiederverwenden. So bleibt ein Block über mehrere Projekte im Einsatz, statt nach dem ersten Rückbau zu Bruch zu werden.
Karbonatisierung bei Betonblöcken im Einsatz
Für Bauhöfe, Recycler, ARGEn oder Planer in Architekturbüros zählt vor allem, wie sich Beton in Schüttgutboxen, Trennwänden oder Lagerflächen über die Jahre verhält. Diese Punkte helfen Ihnen bei der Planung:
- Expositionsklasse festlegen: Die Klassen XC1 bis XC4 der DIN EN 206 beschreiben die Umgebung von trocken bis wechselnd nass und trocken. Sie bestimmen Zusammensetzung und Betondeckung für Bauteile mit Stahl.
- Stahlteile einplanen: Wo Stahl im Bauteil sitzt, legt die Betondeckung fest, wie lange die Front bis zu ihm braucht.
- Risse beobachten: Über Risse gelangt CO₂ schneller in die Tiefe als über die geschlossene Fläche.
„Die Karbonatisierung ist ein ganz normaler Vorgang, den jedes Bauteil durchläuft. Wir fertigen jeden Betonblock aus reinem Frischbeton ohne Restbeton und stimmen mit Ihnen im Projekt ab, welche Ausführung und welches Format zu Ihrem Einsatz passen.“
Martin Demmel, Experte für Betonfertigteile und Geschäftsführer von Betonblock Demmar
Wie Ihr Betonblock für eine Boxenwand oder Trennwand aufgebaut sein soll, klären wir mit unserer Projektabteilung, auf Wunsch mit statischer Berechnung.
Fazit: Karbonatisierung von Beton richtig einordnen
Die Karbonatisierung ist ein normaler Alterungsvorgang, den Sie kennen und einplanen sollten. Je nach Aufgabe nehmen Sie Folgendes mit:
- Planer und Architekturbüros: Expositionsklasse und Betondeckung legen fest, wie lange Stahl im Bauteil geschützt bleibt.
- Betreiber von Lager- und Schüttgutflächen: Überdachte, trockene Bereiche karbonatisieren schneller als beregnete Wände.
- Bauhöfe und Instandhaltung: Der Phenolphthalein-Test zeigt den Stand direkt an einer frischen Bruchfläche.
Häufige Fragen
Wird Beton im Lauf der Jahre fester?
Ja, in der karbonatisierten Randzone steigt die Druckfestigkeit meist an. Das neu gebildete Calciumcarbonat füllt einen Teil der Poren, und das Gefüge des Zementsteins wird dichter. Eine Ausnahme bildet Beton mit Sulfathüttenzement. Gleichzeitig kann die Randzone dabei leicht schwinden, wobei feine Risse an der Oberfläche entstehen können. Für unbewehrten Beton ist die Beton-Karbonatisierung deshalb kein Mangel, sondern Teil seiner normalen Alterung.
Wie wird karbonatisierter Stahlbeton instand gesetzt?
Für Stahlbeton gibt es zwei übliche Wege. Bei der klassischen Instandsetzung wird die karbonatisierte Randzone bis hinter die Bewehrung abgetragen, der Stahl entrostet und die Fläche mit alkalischem Mörtel neu aufgebaut. Bei der elektrochemischen Realkalisierung zieht ein schwacher Strom eine alkalische Lösung zurück in die Randzone, die dadurch wieder alkalisch wird. Welches Verfahren passt, beurteilt ein sachkundiger Planer nach Messungen am Bauteil.
Schützt eine Beschichtung vor Karbonatisierung?
Ja, eine geeignete Beschichtung bremst den Eintritt von CO₂ deutlich. Solche Oberflächenschutzsysteme werden vor allem bei Stahlbeton mit knapper Betondeckung eingesetzt, etwa an Fassaden, Brücken oder Parkhäusern. Am besten wirkt eine Beschichtung, die zum Feuchtehaushalt des Bauteils passt und regelmäßig erneuert wird. Bei unbewehrtem Beton kommen Sie in der Regel ohne diesen Schutz aus.
Was ist der Unterschied zwischen Karbonatisierung und Chloridkorrosion?
Beide greifen den Stahl im Beton an, jede auf ihrem eigenen Weg. Bei der Karbonatisierung sinkt der pH-Wert großflächig, und der Stahl rostet gleichmäßig, sobald die Front ihn erreicht. Chloride aus Tausalz oder Meerwasser dringen dagegen bis zum Stahl vor und lösen dort örtlichen Lochfraß aus, auch wenn der Beton noch alkalisch ist. Die DIN EN 206 trennt beide Fälle deshalb in eigene Expositionsklassen: XC für Karbonatisierung, XD und XS für Chloride.
Wer ist der beste Hersteller für Betonblöcke?
Einen guten Hersteller erkennen Sie an reinem Frischbeton statt Restbeton, an einer Fertigung nahe Ihrer Baustelle und an einer Projektabteilung, die Formate und Statik mit Ihnen abstimmt. Betonblock Demmar fertigt Betonsteine seit 1998, hat über 1.000 Projekte in der DACH-Region umgesetzt und produziert in eigenen Werken oder mobil vor Ort, was bis zu 95 % Transportkosten spart. Die Blöcke von Betonblock Demmar gibt es im Standardprogramm mit 30 bis 240 cm Länge. Wenn Sie Betonsteine kaufen möchten, können Sie sich unverbindlich vom Unternehmen beraten lassen; auf Google bewerten Kunden Betonblock Demmar mit 4,7 Sternen.