Karbonatisierte Probekörper nach der Anwendung der pH-Indikatoren (v.l. Phenolphthalein, Thymolblau, Alizaringelb und ein Mischindikator)
Quelle: BAM, Fachbereich Baustofftechnologie
Der steigende CO2-Gehalt in der Atmosphäre hat einen direkten Einfluss auf die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken. In Verbindung mit Wasser bildet sich aus dem in der Luft enthaltenen CO2 Kohlensäure, welche mit einzelnen Bestandteilen des Betons reagieren kann. Da bei der Reaktion kohlenstoffhaltige Verbindungen entstehen, wird dieser Vorgang als Karbonatisierung bezeichnet. Beim Abbinden des im Beton enthaltenen Zementes (Hydratation) entstehen festigkeitsbildende Hydratverbindungen, die einen hohen pH-Wert bewirken. Dieser ist ursächlich für die Passivierung der häufig im Beton enthaltenen Stahlbewehrung. Aufgrund der Umwandlung dieser Hydratverbindungen während der Karbonatisierung kommt es zu einer Absenkung des pH-Wertes und zur Auflösung der schützenden Passivierungsschicht, was unter Umständen zur Korrosion des Stahls und zum Versagen des Bauwerks führen kann.
Zur Bestimmung der Karbonatisierungstiefe wird nach DIN EN 13295:2004-08 eine 1 % Phenolphtalein Lösung (pH-empfindlicher Farbindikator) auf die zu untersuchenden Oberflächen aufgesprüht. Die Anwendung der Phthaleine ist jedoch auf Grund der karzinogenen Wirkung der entstehenden Aerosole nicht unumstritten. Der großflächige Einsatz dieses Farbstoffes bzw. die Überkopf-Anwendung stellt ein erhebliches gesundheitliches Risiko für den jeweiligen Anwender dar.
Bei den in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnissen handelt es sich um den Versuch, das Phenolphtalein durch die Farbstoffe Alizaringelb, Thymolblau oder einem Mischindikator (Kresolrot und Thymolblau) zu ersetzen. Für den Nachweis der Funktionalität wurden verschiedene Betone hergestellt und einer beschleunigten Karbonatisierung bei erhöhtem CO2-Gehalt ausgesetzt. Anschließend wurde sowohl der Standard-Phenolphthalein-Test als auch Untersuchungen mit den alternativen Indikatoren durchgeführt. Zusätzlich wurden Thermogravimetrische Analysen (TGA), coulometrische Untersuchungen und die pH-Wertanalyse der Löslichkeitsprodukte als Referenzverfahren herangezogen.
Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen sehr deutlich, dass die alternativen Indikatoren sehr wohl in der Lage sind, vergleichbare Ergebnisse zum Standardverfahren zu liefern. In Abhängigkeit der untersuchten Betone variieren die Ergebnisse, weisen aber alle die gleichen Tendenzen auf. Auch die Ablesbarkeit und Eindeutigkeit der Ergebnisse der alternativen Indikatoren hat sich als zufriedenstellend herausgestellt.
Alternative pH-indicators for determination of carbonation depth on cement-based concretes
Nico Vogler, Mathias Lindemann, Philipp Drabetzki, Hans-Carsten Kühne
veröffentlicht in Cement and Concrete Composites , Band 109, Seite 103565 ff., 2020
BAM, Fachbereich Baustofftechnologie