Hiilidioksidin sitoutuminen betoniin
Betonin sideaine sementti valmistetaan kuumentamalla kalkkikivipitoista kiviainesta sementtiuunissa niin, että kiviaineksen sisältämät mineraalit sulavat ja reagoivat keskenään. Samalla kalkkikiveen sitoutunut fossiilinen hiilidioksidi vapautuu ilmaan.
Kovettuneen sementtikiven sisältämät mineraalit ovat hyvin emäksisiä. Sementtikiven pH on luokkaa 13…14. Ilmassa oleva hiilidioksidi taas on hapan kaasu, jolla on taipumus pyrkiä neutraloimaan emäksisiä yhdisteitä, kuten sementtikiveä.
Betonin emäksisyyden muodostaa eritoten sementtikiveen sen kovettumisen yhteydessä muodostuva kalsiumhydroksidi eli ns. sammutettu kalkki, Ca(OH)2. Ilman sisältämä hiilidioksidi pyrkii reagoimaan emäksisen kalsiumhydroksidin kanssa seuraavan yksinkertaistetun kaavan mukaan:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H20
Ilmiötä kutsutaan karbonatisoitumiseksi. Karbonatisoitumisilmiössä kalkkikivestä polton yhteydessä vapautunut hiilidioksidi pyrkii sitoutumaan takaisin sementtikiveen ja muuttamaan kalsiumhydroksidin takaisin kalsiumkarbonaatiksi eli kalkkikiveksi.
Hyötyä ja haittaa
Betonin karbonatisoitumista on pidetty haitallisena ilmiönä, koska karbonatisoitumisen aiheuttaman neutraloitumisen päästyä etenemään betoniteräksiin saakka terästen ruostuminen käynnistyy, jos kosteutta on riittävästi. Ruostumisen ehkäisemiseksi terästen päällä tulee aina olla ns. suojabetonikerros, eli terästen tulee aina sijaita riittävän syvällä betonissa.
Myös betonin karbonatisoitumisen nopeutta on pyritty rajoittamaan valmistamalla betoni niin tiiviiksi, että hiilidioksidi ei pysty tunkeutumaan nopeasti betoniin.
Jos betonirakenne on valmistettu määräysten mukaan, rakenteen pintakerroksessa on aina karbonatisoitumiselle altista, hiilidioksidia sitovaa materiaalia ilman, että rakenteen käyttöikä vaarantuu raudoitteiden ruostumisen takia. Tietyissä rakenteissa kuten betonijulkisivuissa käytetään yleisesti ruostumatonta raudoitusta, jolloin syvällekään edennyt karbonatisoituminen ei aiheuta ruostumisongelmaa, ja karbonatisoitumista voidaan hyödyntää hiilen sidontaan vapaasti ilman vaaraa ongelmista.
Sisätiloissa betoni voi karbonatisoitua ilman ongelmia, koska kosteutta ei ole riittävästi käynnistämään terästen ruostumista.
Kierrätys hiilidioksidin sitojana
Betonin kierrätysvaiheessa, kun rakenteen käyttöikä on päättynyt, betoni yleensä murskataan uutta käyttöä varten. Murskaamisen seurauksena betonin karbonatisoitumiselle altis pinta-ala kasvaa useita kertaluokkia, minkä johdosta hiilidioksidin sitoutuminen betonin nopeutuu merkittävästi. Murskeen raekoosta ja varastointiolosuhteista ja -tavasta riippuu, kuinka nopeasti hiilidioksidia alkaa sitoutumaan betoniin. Suotuisissa olosuhteissa betonin pinnasta karbonatisoituu vuodessa useita millimetrejä, mikä tarkoittaa hienorakeisessa murskeessa merkittävää osaa koko materiaalista.
Määrät suuria
Kierrätysbetonia liikkuu paljon. Suomessa syntyy vuosittain noin miljoona tonnia kierrätysbetonia, josta noin puolet on peräisin purkutyömailta. Toinen puoli on tehtaiden ja työmaiden ylijäämäbetonia. Tämän materiaalin käsitteleminen kierrätysvaiheessa viisaasti mahdollistaa Suomen mittakaavassa merkittävän hiilidioksidimäärän sitomisen pois ilmakehästä.