Ce este carbonatarea betonului și cum afectează structurile din beton?

La urma urmei, toate structurile din beton armat vor fi puse la pământ de dioxidul de carbon din aer. Da, dioxidul de carbon (CO₂) din aer de care ne tot ferim ne distruge și structurile construite din beton. Sunt mai multe metode de a încetinii acest proces, dar niciunul de al opri. Carbonatarea este un proces relativ lent și nu este chiar cea mai mare amenințare pentru beton. Iar dacă construiești corect și protejezi betonul cum trebuie, atunci carbonatarea poate să devină un efect distrugător neglijabil.

Tehnic vorbind, este un proces chimic natural prin care dioxidul de carbon (CO₂) din aer reacționează cu hidroxidul de calciu (Ca(OH)₂) din beton, formând carbonat de calciu (CaCO₃). Acest fenomen reduce treptat pH-ul betonului de la aproximativ 12-13 la valori sub 9, ceea ce duce la pasivarea stratului protector de oxizi de pe armătura de oțel din betonul armat. Practic, deși armătura nu devine descoperită, mediul chimic în care ar fi trebuit să stea, își pierde proprietățile. Asta se întâmplă încet, dar sigur.

Ce se întâmplă din punct de vedere chimic?

Betonul este un produs poros. Am discutat în alte articole, că un beton de calitate are o porozitate scăzută. Cu cât mai puțin poros, cu atât o să crească calitatea betonului din mai multe puncte de vedere, nu doar din cel al degradării din cauza carbonatării. Cu toate astea, nu putem elimina porozitatea betonului doar prin tipul betonului sau felul în care îl punem în operă. Vă mai spuneam altădată că betonul este un produs bazic cu un pH de aproximativ 13.

Dioxidul de carbon din aer reacționează cu hidroxidul de calciu din beton, formând carbonat de calciu și apă. Hidroxidul de calciu este un rest din beton, care rămâne după procesul de hidratare. Adică după formarea legăturilor chimice care țin betonul împreună, în masa de ciment, se formează acest hidroxid de calciu. După volum, hidroxidul de calciu reprezintă cam 20% din masa de ciment și cam 2% din masa totală a betonului. Vă spun asta pentru că nu vreau să credeți că hidroxidul de calciu este cimentul. E doar o parte din el.

După reacție, obținem carbonat de calciu este un compus neutru (pH 7), care nu mai menține mediul alcalin necesar pentru protejarea armăturii. Atenție, restul de agregate nu sunt supuse reacției. Chiar și după fărâmarea betonului, nisipul și pietrișul acela rămân cam identic cum le-am pus în amestec. Și așa ne vine ideea să mărim cantitatea de agregate din beton și să facem ceva în privința acelui hidroxid de calciu. Dacă hidroxidulul de calciu este mai puțin, reacția este mai lentă și betonul rezistă mai mult, pentru că se degradează mult mai lent. Însă mai întâi vreau să explic cum ajunge dioxidul de carbon să reacționeze cu hidroxidul de calciu.

Cum ajunge dioxidul de carbon în beton?

Sunt sigur că vă întrebați cum poate ajunge dioxidul de carbon din aer în masa betonului. În primul rând, el nu reacționează cu toată masa betonului, ci doar cu partea exterioară, expusă efectiv la aer. În teorie, cu cât acoperirea cu beton a armăturii e mai groasă, cu atât timpul până la deteriorări semnificative crește. Însă, în practică, dioxidul de carbon are 3 căi de a accelera acest proces. Acestea sunt porozitarea, microfisurile și umiditatea. Le luam pe fiecare pe rând, pas cu ca să înțelegem cum să limităm expunerea la CO₂.

Porozitatea betonului vine de la: excesul de apă din amestecul de beton, căldura prea mare de hidratare, dozarea greșită a agregatelor din beton despre care vorbeam mai devreme, nevibrarea corespunzătoare a betonului, iar în ultimul rând din cauza unor reacții chimice care țin de stația de betoane. Aceste reacții pot fi create de aditivi, rețete, produse, etc. Apoi, putem trece la microfisurile formate când betonul s-a întărit, dar elementele sunt tensionare excesiv și apar fisuri în masa betonului. Unele sunt microscopice, altele observabile cu ochiul liber. În imaginea de mai jos, avem o fisură și multe microfisuri. Observați că microfisurile sunt cu alb. Acela este carbonat de calciu rezultat după carbonatare. Lăsând crăpătura la o parte, acest beton este pătruns cel puțin 12-15 mm de dioxidul de carbon. Reacția de carbonatare a început demult și se adâncește.

Umiditatea acționează ca cel mai eficient factor al procesului de carbonatare. De aceea, în țările cu umiditate foarte redusă, structurile de beton au o viață foarte lungă. Când betonul este umed, dioxidul de carbon se dizolvă în apa din porii betonului, formând acid carbonic (H₂CO₃), care accelerează reacția cu hidroxidul de calciu. Cu alte cuvinte, un beton ud, este un beton care se va deteriora repede. De aceea ne tot chinuim cu sistem de drenaj și cu hidroizolații.

Cum protejăm betonul împotriva carbonatării?

Cea mai eficientă metodă de a proteja betonul de carbonatare vine de betonul utilizat. Vom căuta utilizarea betoanelor de calitate superioară, cu adaosuri minerale precum cenușă, zgură, fum de silice. Acestea reduc porozitatea și cresc rezistența la carbonatare. Toate aceste minerale sunt aditivi care se pun în amestecul de beton, înainte de turnare, iar pe lângă rezistența la carbonatare, mai produc și beneficii mecanice. Mai ales la elementele vibropresate, svelte și la prefabricatele de beton cu destinație arhitecturală.

 

După ce am pus în operă betonul potrivit, trebuie să îl ferim de apă. Vom căuta să avem elemente de beton care nu se udă, iar dacă se udă, să se poată usca. Sistemele de drenaj și hidroizolațiile, pot proteja betoanele doar într-o anumită măsură. Ele sunt importante și trebuie utilizate corect, fără să blocăm apa între membranele impermeabile și beton. Apoi, sunt unele elemente de beton, care nu pot fi hidroizolate cu membrane și bitum sau elemente care sunt expuse. Adesea, aceste elemente expuse sunt pardoselile de beton armat și prefabricatele, care se protejează într-un mod diferit.

La toate betoanele, dar în special cele expuse atmosferii, porii și microfisurile trebuie astupate. Sunt o sumedenie de alte produse pe piață, precum rășina epoxidică sau fel de fel de adezivi despre care voi scrie pe lung într-un alt articol. Orice produs durabil care poate astupa porii betonului este demn de luat în seamă. În imaginea de mai sus, avem un exemplu de pardoseală de beton armat, dar și de niște prefabricate de beton armat, protejate cu o tehnică de reducere a suprafeței expuse la atmosferă.