Karbonatisierung von Beton: warum Bewehrung rostet und wie man sie schützt

Karbonatisierung ist der Grund, warum Stahlbeton altert. Kohlendioxid aus der Luft dringt in den Beton ein und nimmt ihm die Eigenschaft, die die Bewehrung schützt. Dieser Beitrag erklärt den Prozess, zeigt, wie man ihn misst, und beschreibt, wie sich Betonbauwerke dagegen schützen lassen.

Das Wichtigste in Kürze

• Frischer Beton ist stark alkalisch und schützt die Bewehrung durch eine Passivschicht vor Rost.
• Kohlendioxid aus der Luft reagiert mit dem Beton und senkt seine Alkalität. Das ist die Karbonatisierung.
• Erreicht die Karbonatisierungsfront die Bewehrung, verliert der Stahl seinen Schutz und beginnt zu rosten.
• Die Karbonatisierungstiefe lässt sich einfach messen. Beschichtungen, die Kohlendioxid bremsen, verlangsamen den Prozess deutlich.

Warum Stahlbeton überhaupt funktioniert

Stahlbeton ist ein Verbund aus zwei Materialien, die einander schützen. Der Beton nimmt Druck auf, der Stahl nimmt Zug auf. Damit der Stahl nicht rostet, braucht er ein alkalisches Umfeld. Das liefert der Beton: Beim Abbinden entsteht Calciumhydroxid, das den pH-Wert des Porenwassers auf über 12 hebt.

In diesem Milieu bildet der Stahl eine hauchdünne Passivschicht, die ihn vor Korrosion schützt. Solange der Beton alkalisch bleibt, rostet die Bewehrung nicht, auch wenn Feuchtigkeit da ist.

Was bei der Karbonatisierung passiert

Luft enthält Kohlendioxid. Es dringt über die Poren in den Beton ein und reagiert mit dem Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat, also Kalk. Dabei sinkt der pH-Wert des Betons von über 12 auf unter 9. Der Beton wird dadurch nicht schwächer, im Gegenteil, er wird an der Oberfläche sogar etwas dichter und härter.

Das Problem ist die Bewehrung. Unter pH 9 löst sich die Passivschicht auf. Kommen jetzt Feuchtigkeit und Sauerstoff hinzu, beginnt der Stahl zu rosten. Rost hat ein Vielfaches des Volumens von Stahl und sprengt den Beton von innen ab. Die typischen Abplatzungen mit sichtbarer Bewehrung an alten Betonbauten sind das Ergebnis.

Wie schnell die Karbonatisierung fortschreitet

Die Karbonatisierungsfront wandert von außen nach innen, anfangs schnell, später langsamer. Die Geschwindigkeit hängt von der Betonqualität ab: Dichter Beton mit niedrigem Wasserzementwert karbonatisiert langsam, poröser Beton schnell. Bei Fassaden aus den 1960er- bis 1980er-Jahren hat die Front nach Jahrzehnten oft die Bewehrung erreicht, weil die Betondeckung damals gering war.

Ein weiterer Faktor ist die Feuchte. Bei mittlerer Luftfeuchte karbonatisiert Beton am schnellsten. Ständig nasser Beton karbonatisiert kaum, weil die Poren mit Wasser gefüllt sind und Kohlendioxid nicht eindringen kann. Innenräume mit Heizungsluft und Garagen mit Abgasen sind daher besonders betroffen.

Karbonatisierung messen

Die Karbonatisierungstiefe lässt sich mit einem einfachen Test bestimmen. Auf eine frische Bruchfläche oder einen Bohrkern wird Phenolphthalein gesprüht, ein Indikator. Alkalischer Beton färbt sich violett, karbonatisierter Beton bleibt farblos. Die farblose Randzone zeigt, wie tief die Karbonatisierung vorgedrungen ist.

Diese Tiefe wird mit der Betondeckung verglichen, die mit einem Bewehrungssuchgerät gemessen wird. Liegt die Karbonatisierungsfront noch deutlich vor der Bewehrung, reicht ein Schutz. Hat sie die Bewehrung erreicht, muss instand gesetzt werden.

Was Karbonatisierung nicht ist

Karbonatisierung ist nicht dasselbe wie Chloridangriff. Chloride aus Tausalz greifen die Bewehrung punktuell an und verursachen Lochfraß, unabhängig vom pH-Wert. In Parkgaragen und an Brücken wirken beide Mechanismen zusammen. Und Karbonatisierung ist keine Frage der Betonfestigkeit: Ein karbonatisierter Beton trägt genauso, nur die Bewehrung ist gefährdet.

Schutz vor Karbonatisierung

Bei Neubauten

Dichter Beton, ausreichende Betondeckung und sorgfältige Nachbehandlung sind der beste Schutz. Die Normen geben je nach Umgebung Mindestdeckungen vor, im Freien deutlich mehr als im trockenen Innenraum.

Bei Bestandsbauten

Ist die Karbonatisierung fortgeschritten, aber die Bewehrung noch intakt, schützt eine CO₂-bremsende Beschichtung. Sie verlangsamt das Eindringen von Kohlendioxid so stark, dass die Front über Jahrzehnte praktisch stehen bleibt. Solche Betonschutzsysteme werden nach Ö-Norm B 4706 und EN 1504 ausgeführt.

Hat die Karbonatisierung die Bewehrung erreicht und rostet der Stahl, muss instand gesetzt werden: Der karbonatisierte Beton um die Bewehrung wird abgetragen, der Stahl entrostet und mit Korrosionsschutz versehen, der Querschnitt mit alkalischem Instandsetzungsmörtel wiederhergestellt. Der Mörtel stellt das alkalische Milieu um die Bewehrung wieder her, die Beschichtung hält es aufrecht.

Mehr dazu unter Betoninstandsetzung und Beschichtung.

Karbonatisierung in der Praxis

An der Wohnhausanlage Gerasdorferstraße hatte die Karbonatisierung nach vier Jahrzehnten die Bewehrung der Fertigteilfassade erreicht. Nach der Instandsetzung schützt ein mehrschichtiges Betonschutzsystem 40.000 m² Fassade gegen weiteres Kohlendioxid. In der Parkgarage Breitenfurter Straße erhielten Decken und Wände einen CO₂-bremsenden Spezialanstrich, weil Abgase und Feuchte die Karbonatisierung in Garagen beschleunigen.

Karbonatisierung in verschiedenen Bauteilen

Fassaden

Bewitterte Fassaden karbonatisieren an der Wetterseite langsamer als an geschützten, trockenen Seiten. Fertigteilfassaden mit geringer Betondeckung sind besonders betroffen. Schutz: rissüberbrückendes, CO₂-bremsendes Betonschutzsystem.

Parkgaragen

Abgase erhöhen die Kohlendioxidkonzentration, die Feuchte liegt im kritischen mittleren Bereich. Dazu kommen Chloride. Schutz: CO₂-bremsender Anstrich auf Decken und Wänden, Abdichtung der befahrenen Flächen.

Balkone und Loggien

Dünne Platten, geringe Deckung, Bewitterung von oben: Balkone zeigen Karbonatisierungsschäden oft zuerst. Schutz: Instandsetzung der Untersicht, Abdichtung der Oberseite.

Innenräume

Trockene, beheizte Innenräume karbonatisieren schnell, aber ohne Feuchte rostet die Bewehrung kaum. Kritisch wird es in Feuchträumen, Waschküchen und Technikräumen.

Normen und Prüfverfahren

Die Bestimmung der Karbonatisierungstiefe ist in EN 14630 geregelt, die Instandsetzung von Betonbauwerken in der Ö-Norm B 4706 und der Normenreihe EN 1504. EN 1504-2 beschreibt Oberflächenschutzsysteme und deren Anforderungen, darunter die Kohlendioxid-Durchlässigkeit. Ein Betonschutzsystem, das als CO₂-bremsend gilt, muss diesen Nachweis erbracht haben.

Bei größeren Bauwerken wird die Karbonatisierungstiefe nicht an einer Stelle, sondern im Raster gemessen, weil sie je nach Exposition stark schwankt. Das Ergebnis fließt in das Sanierungskonzept ein und legt fest, welche Flächen instand gesetzt und welche nur beschichtet werden.

Checkliste: Ist mein Gebäude betroffen?

• Baujahr vor 1990 und Sichtbeton oder Fertigteile an der Fassade?
• Abplatzungen mit sichtbarem, rostigem Stahl?
• Rostfahnen unter Balkonen oder an Stützen?
• Risse entlang der Bewehrung, nicht quer dazu?
• Hohl klingende Stellen beim Abklopfen?

Treffen zwei oder mehr Punkte zu, lohnt sich eine Bestandsaufnahme mit Messung der Karbonatisierungstiefe.

Häufige Fragen zur Karbonatisierung von Beton

Was ist Karbonatisierung einfach erklärt?

Kohlendioxid aus der Luft macht den Beton von außen nach innen weniger alkalisch. Erreicht das die Bewehrung, verliert der Stahl seinen natürlichen Rostschutz.

Ist karbonatisierter Beton kaputt?

Nein. Der Beton selbst bleibt tragfähig. Gefährdet ist die Bewehrung, sobald die Karbonatisierungsfront sie erreicht und Feuchtigkeit hinzukommt.

Wie tief karbonatisiert Beton?

Das hängt von Betonqualität, Alter und Umgebung ab. Bei altem, porösem Beton können es mehrere Zentimeter sein, bei dichtem Beton nach Jahrzehnten nur wenige Millimeter.

Wie wird die Karbonatisierungstiefe gemessen?

Mit Phenolphthalein auf einer frischen Bruchfläche oder einem Bohrkern. Alkalischer Beton färbt sich violett, karbonatisierter bleibt farblos.

Kann man Karbonatisierung rückgängig machen?

Nicht im Beton selbst. Um die Bewehrung wird das alkalische Milieu durch Instandsetzungsmörtel wiederhergestellt, und eine Beschichtung verhindert weiteres Eindringen von Kohlendioxid.

Welche Beschichtung schützt vor Karbonatisierung?

Betonschutzsysteme mit nachgewiesener CO₂-Bremswirkung nach EN 1504-2, ausgeführt nach Ö-Norm B 4706. Sie müssen zugleich diffusionsoffen sein, damit Feuchtigkeit aus dem Bauteil entweichen kann.

Sie möchten wissen, wie weit die Karbonatisierung an Ihrem Gebäude fortgeschritten ist? Kontaktieren Sie uns für eine Bestandsaufnahme.