carbonatatie en carbonatie

Carbonatie is de algemene term voor het reageren van CO2 met water (hydroxide) waardoor de omgeving zuurder wordt.
Carbonatatie is de scheikundige reactie van gebluste kalk (calciumhydroxide, calciumhydraat) met koolzuurgas, waarbij kalk (calciumcarbonaat) wordt gevormd: 
Ca(OH)2 + CO2 ==> CaCO3 + H2O.
Deze laatstgevormde kalk is onoplosbaar en kan zelfs in bepaalde omstandigheden helpen bij het herstel van beton (zelfherstellend materiaal) omdat bij een haarscheurtje in het beton het calciumhydraat uit het beton met het koolzuurgas uit de buitenlucht kan reageren en "vaste kalk" vormt waardoor het beton onder het haarscheurtje van de buitenlucht wordt afgesloten.

principe van carbonatatie, kalkafzetting (cement en beton):

oranje-bruine kleur van de kalkafzetting:

Carbonatatie is dus de specifieke term van deze reactie met koolzuur bij bijvoorbeeld beton of kalksteen. Voor de bouw is belangrijk dat carbonatatie voor beton nadelig kan zijn:
- het calciumhydroxide Ca(OH)2 beschermt door zijn basische karakter (zuurgraad pH van 12,5) de wapening tegen corroderen (roesten); de zuurgraad moet bij voorkeur hoog blijven (zeer basisch)
- door voegen of scheuren in beton en door het poreuze en permeabele karakter van beton kan CO2 uit de lucht het poriewater in het beton binnendringen
- door carbonatatie (Ca(OH)2 + CO2 ==> CaCO3 + H2O) wordt het calciumhydroxide dus omgezet in calciumcarbonaat CaCO3 waardoor de pH van het beton verlaagd wordt
- de pH daalt soms tot onder de 9 waardoor corrosie van de wapening optreedt, het beton kan gaan barsten en betonrot kan ontstaan
- de mate waarin CO2 het beton binnendringt, is mede afhankelijk van de betonkwaliteit en de betondekking.
Normaliter zal de porositeit en de permeabiliteit afnemen naarmate de hoeveelheid door carbonatatie aangemaakte kalksteen toeneemt (de ragfijne openingen worden door de kalkafzetting gedicht) waardoor verder binnendringen van CO2 bemoeilijkt wordt. 

Bepaalde soorten muurverf kunnen de carbonatatie van beton tegenhouden of vertragen, de zogenoemde carbonatatieremmende muurverven. Aan goede betonbescherming wordt door Sikkens infoblad 1045 Betonbescherming eisen gesteld die betrekking hebben op:
- mate van CO2 dichtheid (μd-waarde CO2 groter dan 50 m)
- doorlaatbaarheid voor waterdamp (μd-waarde H2O kleiner dan 2 m)
- wateropname (slagregendichtheid)
- elasticiteit (rek tot breuk)
- weerstand tegen vervuiling en verkleuring.

De carbonatatiediepte is de diepte tot waar het koolzuur is door het materiaal is opgenomen.
Omdat het corroderen van de wapening een elektro-chemisch proces is, is het mogelijk niet al te zeer aangetast beton via re-alkalisatie (Ervas) weer te beschermen:
Bij bijvoorbeeld de Muinck Keizerbrug in Utrecht is in 2008 de wapening onder permanente elektrische stroom gezet (van enkele mA, onschadelijk voor flora, fauna, mens en verkeer). Op die manier wordt betonrot voorkomen dat kan optreden wanneer strooizout tussen de voegen van het wegdek door het beton bereikt.

Met dank aan o.m. Cement en Beton en Sikkens.

Zie verder bij kathodische bescherming, uitbloeiing, afstandhouder.
Verg. hydratatie (waarbij bijvoorbeeld cement met water reageert), alkali-silica-reactie, betonrot (betoncorrosie, corrosie van wapeningsstaal), ettringiet.

Eng. carbonatation resp. carbonation