Beton besitzt einen natürlichen Schutz gegen Korrosion: Der hohe pH-Wert im Zementstein bildet eine alkalische Umgebung, die eine Passivschicht auf dem eingebetteten Bewehrungsstahl erzeugt. Dieser Schutzmechanismus funktioniert jedoch nur, solange die Alkalität erhalten bleibt. Die Karbonatisierung – ein chemischer Prozess, bei dem atmosphärisches Kohlendioxid in den porösen Betonkörper eindringt – senkt den pH-Wert kontinuierlich ab und gefährdet damit die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken.

Bei der Hydratation des Zements entsteht Calciumhydroxid, mineralogisch als Portlandit bezeichnet. Diese Verbindung reagiert mit Kohlendioxid aus der Atmosphäre und wandelt sich in Calciumcarbonat um. Die Reaktion verläuft langsam von der Betonoberfläche in die Tiefe. Während dieses Vorgangs sinkt der pH-Wert in der Betonporenlösung ab. Die sogenannte Karbonatisierungsfront dringt über Jahre und Jahrzehnte tiefer in den Beton ein.

Solange die Karbonatisierungsfront den Bewehrungsstahl nicht erreicht, bleibt die Schutzwirkung erhalten. Erreicht die Front jedoch die Stahleinlage, bricht die Passivschicht zusammen. Bei Anwesenheit von Feuchtigkeit und Sauerstoff beginnt die Korrosion. Korrosionsprodukte wie Eisenoxide lagern sich an, expandieren und können die Betonüberdeckung absprengen.

Die Geschwindigkeit der Karbonatisierung hängt von mehreren Parametern ab: der Porosität und Dichtigkeit des Betons, der Betonüberdeckung, den Umgebungsbedingungen wie CO₂-Konzentration, Temperatur und Feuchtigkeit sowie dem Zementtyp und der Betonrezeptur.

Der verbreitetste Nachweis der Karbonatisierungstiefe erfolgt durch den Phenolphthaleintest. Dabei wird eine alkoholische Phenolphthaleinlösung auf eine frisch gebrochene oder gebohrte Betonoberfläche aufgetragen. Die Tiefe der Karbonatisierungsfront lässt sich so direkt messen und dokumentieren.

Vorbeugend wirken eine abgestimmte Betonrezeptur mit niedrigem Wasser-Zement-Wert, ausreichende Betonüberdeckung und dichtes Gefüge. Beschichtungen auf Betonoberflächen können die CO₂-Diffusion verlangsamen. Nachträglich lassen sich Bereiche mit bereits fortgeschrittener Karbonatisierung durch kathodischen Korrosionsschutz oder Re-Alkalisierung behandeln. Die rechtzeitige Erkennung durch regelmäßige Bauwerksuntersuchungen erlaubt gezielte Instandsetzungsmaßnahmen, bevor strukturelle Schäden entstehen.