آثار زیست‌محیطی بتن
کاهش > بهینه‌سازی طراحی > بتن کربنی

کربناته شدن در بتن به شکل تشکیل کربنات کلسیم (CaCO 3) طی یک فرایند شیمیایی است. سرعت این واکنش به تخلخل بتن و میزان رطوبت بستگی دارد. کربناته شدن در حفرات بتن فقط در رطوبت نسبی بین (RH) 40 تا ۹۰٪ اتفاق می‌افتد. اگر رطوبت نسبی بیشتر از ۹۰٪ باشد دی‌اکسید کربن نمی‌تواند وارد حفرات بتن شود و همچنین اگر رطوبت نسبی کمتر از ۴۰٪ باشد دی‌اکسید کربن در آب حل نمی‌شود.
در اکثر مواقع کربناته شدن بتن به دو صورت اتفاق میفتد: کربناته شدن از طریق هوازدگی و کربناته شدن در زمان اولیه.
کربناته شدن از طریق هوازدگی زمانی رخ می‌دهد که ترکیبات کلسیم با دی‌اکسید کربن موجود در هوا و آب موجود در حفرات بتن وارد واکنش می‌شوند. واکنش به شرح زیر است:
ابتدا دی‌اکسید کربن از طریق هوازدگی شیمیایی با آب موجود در حفرات بتن واکنش داده و اسید کربنیک تولید می‌شود:
اسید کربنیک → آب + دی‌اکسید کربن
سپس اسید کربنیک با کلسیم کربنات واکنش می‌دهد:
Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3 + 2H2O
بی کربنات کلسیم → کربنات کلسیم + اسید کربنیک
هنگامی که هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)2) کربناته شد، جزء اصلی ژل سیمان شده هیدرات سیلیکات کلسیم (همچنین به عنوان C-S-H نشان داده شده‌است) می‌تواند کلسیم زدایی شده و به CaO آزاد شده اجازه کربناته شدن می‌دهد:
کربناته شدن در زمان اولیه، وقتی است که دی‌اکسید کربن را به بتن تازه مخلوط شده یا پس از عمل آوری اولیه اضافه می‌کنیم. که هم می‌تواند از طریق در معرض قرار گرفتن طبیعی باشد و هم با افزایش دریافت مستقیم دی‌اکسید کربن تسریع شود. گازهای دی‌اکسید کربن به کربنات‌های جامد تبدیل شده و می‌توانند برای کاهش انتشار به‌طور دائم در بتن ذخیره شوند.
واکنش کلی CO2 و هیدرات سیلیکات کلسیم در سیمان در سال ۱۹۷۴ به شرح زیر توصیف شده‌است:
C3S + 3 CO2 + H2O → C-S-H + 3CaCO3 + 347 kJ/mol
C2S + 2 CO2 + H2O → C-S-H + 2CaCO3 + 184 KJ/mol
یک شرکت کانادایی فناوری جدیدی را ثبت و تجاری کرده‌است که از نوعی کربناته شدن در زمان اولیه برای جداسازی دی‌اکسید کربن استفاده می‌کند. این روش از طریق تزریق مستقیم دی‌اکسید کربن مایع بازیافتی حاصل از فعالیت‌های صنعتی در مرحله اختلاط مرطوب بتن در طول فرایند تولید به دست می‌آید. طی این واکنش شیمیایی دی‌اکسید کربن به یک ماده معدنی تبدیل می‌شود و گازهای آلاینده گلخانه ای را از زیرساخت‌های بتنی، ساختمان‌ها، جاده‌ها و غیره برای مدت طولانی جدا می‌کند. همچنین بر اساس یک گزارش منتشر شده در مجله Cleaner Production، نویسندگان مدلی را ارائه دادند که دی‌اکسید کربن از طرفی باعث افزایش مقاومت فشاری بتن شده و از طرفی دیگر باعث کاهش ۴٫۶٪ ردپای کربن در مدت زمان مشابه شده‌است.
روشی دیگر برای جذب CO2 در فرایند پخت، استفاده از مخلوط دی کلسیم سیلیکات Y فاز را در مراحل عمل آوری بتن می‌باشد. استفاده از خاکستر زغال سنگ یا مواد مناسب جایگزین، از لحاظ تئوری می‌تواند انتشار CO2 را به زیر 0 kg/m3 برساند. در حای که مقدار برای بتن ساخته شده از سیمان پرتلند ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد. موثرترین مزیت تولید بتن از این طریق، استفاده از گاز خروجی نیروگاه‌ها می‌باشد که می‌توان در یک محفظه ایزوله دما و رطوبت را کنترل نمود.
در اوت ۲۰۱۹ اعلام شد که CO2 کاهش یافته در سیمان باعث کاهش ۷۰٪ ردپای کربن در بتن پیش ساخته شده‌است. پایه این سیمان ارائه شده غالباً از ولاستونیت (CaSiO3) و (3CaO·2SiO2) rankinite می‌باشد در حالی که سیمان پرتلند بر پایه یآلیت (3CaO·SiO2) و بلیت (2 CaO · SiO2) می‌باشد.
فرایند تولید بتن، با پیوند ذرات از طریق تف جوشی فاز مایع آغاز می‌شود که به آن تراکم فاز مایع هیدروترمال (rHLPD) می‌گویند. ترکیبی از H
2O و CO2 در واکنش به شرایط محیطی به ذرات نفوذ کرده تا پیوندی ایجاد کنند و حاصل آن سیمان سیلیکات کلسیم غیر هیدرولیک (CSC) با آهک است. علاوه بر این در مراحل عمل آوری نهایی، تفاوت بین بتن ساخته شده با سیمان پرتلند معمولی و بتن ساخته شده با سیلیکات کلسیم گازدار (CSC-C) در واکنش بین محلول آب-دی‌اکسید کربن و خانواده ای از کلسیم سیلیکات است. عمل آوری CSC-C یک واکنش گرمازا خفیف بوده که در آن سیلیکات کلسیم کم آهک موجود در CSC با دی‌اکسید کربن موجود در آب واکنش داده و کلسیت (CaCO 3) و سیلیس تولید می‌شود. مطابق واکنش‌های نشان داده شده در II و III.
II. CaO. SiO2 + CO2 → H2O CaCO3 + SiO2
III: 3CaO.2SiO2 + 3CO 2 → H2O 3CaCO 3 + 2SiO 2