Carbonatation

Définition

La carbonatation est une réaction chimique dans laquelle l'hydroxyde de calcium réagit avec le dioxyde de carbone et forme du carbonate de calcium insoluble : Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.

L'effet d'une carbonatation de béton :

La carbonatation d'un morceau de béton a induit une corrosion du renfort avec un effritement du béton armé.

Explications

La carbonatation est un terme habituellement utilisé dans l'industrie de la construction pour une réaction chimique qui intervient dans tout béton en présence de dioxyde de carbone et d'humidité.

Ce processus ne nuit pas directement au béton. Par la formation de calcaire (carbonate de calcium) pendant la carbonatation, la force est même augmentée, ce qui est en principe positif.

Dans le cas du béton armé, toutefois, la perte de l'environnement alcalin causée par le processus (dépassivation) permet la corrosion du renforcement, ce qui cause de graves dommages au composant.

🚩 La carbonatation, le processus de formation d'un carbonate est parfois appelé "carbonation", bien que ce terme désigne généralement le processus de dissolution du dioxyde de carbone dans l'eau.

Carbonatation du béton

La carbonatation est l'une des pathologies possibles du béton. C'est un processus lent dans lequel la chaux éteinte (ou hydroxyde de calcium) du ciment hydraté et durci réagit avec le dioxyde de carbone dans l'air pour former du carbonate de calcium.

Cette réaction a nécessairement lieu dans un milieu aqueux, car le dioxyde de carbone réagit tout d'abord avec l'eau pour former de l'acide carbonique et cet acide est celui qui réagit plus tard avec l'hydroxyde de calcium produisant du carbonate de calcium et de l'eau.

Ce procédé entraîne une diminution remarquable du pH, ce qui entraîne une perte de protection du béton contre le corrosion. Au fil du temps, la corrosion des renforts (phénomène expansif) endommage le béton et réduit la capacité de charge des éléments structurels affectés.

L'hydratation du silicate tricalcique du ciment produit beaucoup plus de portlandite que l'hydratation du silicate bicalcique, de sorte que les bétons fabriqués avec des ciments contenant de fortes proportions de C₃S (alite ou silicate tricalcique) sont beaucoup plus vulnérables à la carbonatation.

Raffinage du sucre

Le processus de carbonatation est utilisé dans la production de sucre à partir de la betterave à sucre. L'eau de chaux (hydroxyde de calcium en suspension) et le gaz enrichi en dioxyde de carbone sont introduits dans le "jus brut", liquide riche en sucre issu de la phase de diffusion pour former du carbonate de calcium et précipiter et éliminer les impuretés.

L'ensemble du processus se déroule dans des "réservoirs de carbonatation" et le temps nécessaire varie de 20 minutes à une heure.

La carbonatation implique les effets suivants :

• L'augmentation de l'alcalinité coagule les protéines du jus.
• Le carbonate de calcium absorbe les colorants.
• L'alcalinité détruit certains sucres monosaccharides, principalement le glucose et le fructose.

L'objectif est une grosse particule qui se dépose naturellement, laissant un jus clair. À la fin, le jus est d'environ 15 °Bx et contient 90 % de saccharose.

Le pH du jus clair produit est un équilibre entre l'élimination de beaucoup de calcium de la solution et la chute du pH attendue dans le processus ultérieur. Si le jus devient acide dans les étapes de cristallisation, le saccharose se décomposera rapidement en glucose et en fructose, ce qui affectera non seulement ladite cristallisation mais sera " mélazagénique ", en prenant des quantités équivalentes de sucrose au stade de la mélasse.

Le pH du jus clair obtenu peut être ajusté avec de la soude et l'addition de soufre (sulfatation) avant de passer à l'étape suivante, qui est la concentration par évaporation.

Le dioxyde de carbone pompé dans le mélange forme du carbonate de calcium. Les solides non sucrés sont incorporés dans les particules de carbonate de calcium et sont éliminés par sédimentation naturelle (ou assistée) dans les réservoirs à cet effet.

Il existe plusieurs systèmes de carbonatation, baptisés par les entreprises qui les ont développés à l'origine. Ils diffèrent dans la manière d'introduire l'eau de chaux, les températures et les durées de chaque étape et la méthode de séparation des solides du liquide.

⭐ Voir aussi la phosphatation qui est un processus similaire utilisé dans le raffinage du sucre de canne.

Carbonatation de la chaux

Dans le cas du mortier de chaux vive, la carbonatation a un effet positif. Celui-ci, exposé à l'air, perd d'abord par évaporation une partie de l'eau de mélange en la mettant en contact avec le dioxyde de carbone atmosphérique, ce dernier réagissant avec l'hydroxyde de calcium contenu dans la chaux, donnant naissance au carbonate de calcium. selon la réaction suivante : Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.

Le carbonate de calcium insoluble soude les agrégats (sable) du mortier qui durcissent ainsi et acquièrent une bonne résistance à la compression.

Ce phénomène était à la base de la technique de peinture murale appelée fresque.

Dans le cas du plâtre, Le gypse peut également être carboné par le dioxyde de carbone atmosphérique, où l'ion SO₄^2- est remplacé par l'ion CO₃^2-.

En rapport avec "carbonatation"

• anhydrase carbonique

  

  L'anhydrase carbonique (AC) catalyse les réactions réversibles d'hydratation et de déshydratation du CO2H2CO3.

• anhydride carbonique

  

  Un anhydride carbonique est du dioxyde de carbone, du gaz carbonique solide, lorsqu'il est incombustible et incomburant.

• carbonifère

  

  Est carbonifère ce qui produit ou contient du carbone ou du charbon. Le Carbonifère est une période géologique de l'ère paléozoïque ou primaire, s'étendant...

• carbonisation

  

  La carbonisation est définie comme la formation de matériaux carbonés (charbon) à partir de matières organiques.