A szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének szükségessége ma már nem újdonság, környezetünk megóvása érdekében komoly erőfeszítéseket kell tennünk. Emiatt a cementgyártók – a körforgásos gazdaság eszközrendszereinek alkalmazása mellett – a hagyományos cementeket egyre nagyobb mértékben a környezetre kisebb káros hatással rendelkező cementekkel váltják fel. Törvényszerű, hogy ezek befolyással vannak mind a friss-, mind a megszilárdult beton tulajdonságaira. Az egyik ilyen jellemző a karbonátosodási hajlam, amely elsősorban mint betonacél-korróziót kiváltó tényező ismert, de mint CO2-megkötési folyamat a betonszerkezetek életciklus-elemzése során meghatározott karbonlábnyomra is kedvező hatással van.
1. ábra: Karbonátosodási arány (regressziós egyenes) különböző cementtípus, cementadagolás és v/c tényező esetén
Ahhoz, hogy egy adott betonösszetétel karbonátosodási hajlamát és különösen annak időbeli alakulását jellemezni tudjuk, az elméleten kívül nélkülözhetetlen a próbatestek vizsgálata. A Cemkut Kft. Vizsgálólaboratóriuma a 2024. évtől kezdve végez vizsgálatokat az ún. gyorsított karbonátosodási vizsgálat (MSZ EN 12390-12) szerint. Az eljárás során 70 napig 3%-os CO2-koncentrációjú, 60%-os rel. páratartalmú, 20 C˚-os környezetben tároljuk a betonhasáb próbatesteket, melyekről 7, 14, 28 és 70 napos korban lehasított felületeken fenolftalein oldattal határozzuk meg a karbonátosodott kéreg vastagságát.
Régóta ismert, hogy a cement klinkertartalma alapvetően befolyásolja a karbonátosodási hajlamot, ezért kutatásunkat az egyéb befolyásoló tényezők hatásvizsgálatára irányítottuk. Két egymástól jelentősen eltérő klinkertartalmú cementtel különböző porozitású (nyílt és zárt), cementtartalmú és ezekből fakadóan különböző szilárdságú betonokat készítettünk (1. táblázat).
1. táblázat: Karbonátosodási arány cementtípusonként, cementmennyiség, v/c tényező, porozitás függvényében
A vizsgálati eredmények, igazolva az szakirodalmi elméletet (Merah et al. 2020, Tassos et al. 2022), azt mutatták, hogy a nagyobb szabad kalcium-hidroxid-tartalommal rendelkező (CEM I.-gyel készült) betonok lassabban karbonátosodnak, míg az alacsonyabb mennyiségű kalcium-hidroxid-tartalommal rendelkező (CEM II., CEM III. tartalmú) betonok gyorsabban. Ez jól látható az 1. ábrán is, azonos v/c tényezővel, de különböző cement felhasználásával készült betonok esetében. Az ábra a különböző betonmintákon (10,0 cm x 10,0 cm keresztmetszetű hasábok) 70 nap alatt bekövetkezett karbonátosodás mértékét mutatja be, megadva a 7 napos, 28 napos, 70 napos kornak megfelelő karbonátosodási mélységet (mm/√nap léptékben), illetve a karbonátosodás sebességét jellemző regressziós egyenest is feltüntettük.
2 ábra: 10 cm x 10 cm-es hasábok karbonátosodási mértéke (fenolftaleines indikátorral)
Jól megfigyelhető az is, hogy a kék és a zöld szín árnyalataival jelölt azonos cementtípussal készült betonok esetében ugrásszerű eltérés adódhat a karbonátosodás mértékében a cement csökkentésével, illetve a víz mennyiségének növelésével, összefüggést mutatva a betonban mérhető porozitással.
Az is látható, hogy azonos cementmennyiség és v/c tényező esetén milyen mértékű lehet az eltérés különböző cementeknél. A karbonátosodás mélysége esetenként akár a kétszeresére is nőhet csak a felhasznált cement módosításával. A betonfedés tervezésénél ezt mindenképp figyelembe kell venni.
2. táblázat: A karbonátosodás sebességének változása
A fenolftaleines oldattal kezelt hasított felületeken is jól látható a cementtípus és a vízmennyiség hatása (2. ábra). Az eredményeket áttekintve az is megállapítható, hogy a karbonátosodás sebessége az idő előrehaladtával jellemzően csökken. Példaként a CEM III/B 32,5 N-LH/SR cementtel (331 kg/m³), 0,55 v/c adagolással készített beton eredményeit mutatjuk be a 2. sz. táblázatban.
3. ábra: Karbonátosodási arány (regressziós egyenes) újrahasznosított adalékanyag esetén
Vizsgálataink során arra is kerestük a választ, hogy újrahasznosított (visszanyert) beton adalékanyaggal – amelyek porozitása magasabb, mint a hagyományos kvarckavics adalékanyagoké – változik-e a karbonátosodási hajlam. Háromféle betonösszetételben térkő, zsalukő, pályabeton tört, osztályozott anyagával 50 tömeg%-ban váltottuk ki a 4/8 és 8/16 frakciókat azonos cementtípus, v/c tényező és konzisztencia mellett. Ezekben az esetekben a karbonátosodással szembeni ellenállás nem mutatott jelentős eltérést – 3. táblázat és 3. ábra – a referencia (újrahasznosított anyag nélküli) keverékhez képest, ugyanígy a porozitásértékek sem. Kutatásaink további irányát jelenti, hogy kidolgozzunk egy olyan eljárást, amely lehetővé teszi a karbonátosodás során felvett CO2-mennyiség megfelelő mérését, valamint annak megismerését, hogyan függenek ezen értékek a cementtípustól, a porozitástól és az időtartamtól.
3. táblázat: A karbonátosodás sebességének változása
Irodalom:
Merah A., Korichi Y., Khenfer M. (2020): Effect of cement types on carbonation depth of concrete – J. Build. Mater. Struct. (2020) 7: 87-94
Tassos Ch., Sideris K., Chatzopoulos A. (2022): Influence of cement type on carbonation of cement mortars and concrete mixtures – MATEC Web of Conferences 361, p. 6
(fotó és ábrák: a szerzők)
