Effekten av CO2‑härdning på passivfilmsfunktion hos armeringsstänger i cementbaserade material

Varför grönare betongskydd spelar roll

Moderna städer är beroende av armerad betong, där stänger av stål dolda inuti bär en stor del av belastningen. Med tiden kan dessa stänger rosta, vilket hotar broar, byggnader och vågbrytare. Samtidigt är cementindustrin en betydande källa till koldioxid (CO2). Denna studie undersöker en teknik som kallas CO2‑härdning som kan hjälpa på båda fronter samtidigt: den binder CO2 i nygjuten betong och, som arbetet visar, kan faktiskt göra stålet inuti bättre skyddat mot korrosion.

Att använda CO2 för att göra starkare betong

I stället för att låta ny betong hårdna endast i fuktig luft eller ånga utsätts den vid CO2‑härdning för en hög koncentration koldioxid under sin tidiga ålder. Gasen reagerar med cementpastan och bildar fasta karbonatmineral som fyller porerna nära ytan. Denna reaktion både lagrar CO2 i materialet och skapar ett tätare yttre skikt. Eftersom de flesta betongkonstruktioner är armerade med stål, koncentrerade sig författarna på vad denna förändrade miljö gör för det tunna skyddsskiktet — kallat passivfilm — som naturligt bildas på stål i starkt basiska betongmiljöer och hindrar rostbildning.

Att iaktta när stål blir passivt och sedan förlorar skyddet

Gruppen gjöt små murbrukscylindrar med inbäddade stålribbor och härdade hälften av dem med CO2 och hälften under standard fuktiga förhållanden. De följde sedan hur stålet övergick från ett aktivt, oskyddat tillstånd till ett passivt, skyddat tillstånd med flera elektrokemiska tekniker som känner av mycket små strömmar vid stålytan. Mätningarna visade att i vanligt murbruk tog det ungefär tre veckor för stålet att nå ett stabilt passivt tillstånd, medan det i CO2‑härdat murbruk skedde på ungefär halva tiden. Författarna kopplar denna förskyndning till en tillfälligt högre syrekoncentration runt stålet orsakad av CO2‑reaktionen och förtätningen av det yttre murbruksskiktet, vilket skjuter upplöst syre inåt och driver snabbare bildning av det skyddande skiktet.

En tunnare men tåligare skyddshinna

Vid första anblick kan passivfilmen i CO2‑härdade prover verka sämre: den är något tunnare — cirka 4,06 nanometer jämfört med 4,73 nanometer vid standardhärdning. Men samma tester visade att den motstår laddningsöverföring starkare, vilket innebär att det är svårare för korrosiva reaktioner att fortgå. Mikroskopi av stålytan förklarar varför. I CO2‑härdat murbruk är filmen mer enhetlig och fint ordnad, och bildar ett kontinuerligt vertikalt kornmönster som blockerar vägar för kloridjoner och syre. Kemisk analys med röntgenfotospektroskopi visade dessutom att denna film har en högre andel järn i en lägre oxidationsgrad (Fe2+) i förhållande till Fe3+. Denna balans tycks packa filmen tätare och ge den större förmåga att självlaga små defekter, vilket förklarar den överraskande kombinationen av mindre tjocklek och bättre skydd.

Att hålla saltangrepp stången mycket längre

Verkliga konstruktioner utsätts ofta för salter från havsvatten eller avisningsmedel, vilket gradvis kan bryta ner passivfilmen. För att efterlikna detta cyklade forskarna sina prover genom upprepade nedsänkningar i saltslösning och uttorkning. Stålet i standardhärdat murbruk förlorade sitt skyddande tillstånd efter 18 sådana cykler, med en kraftig ökning av korrosionsströmmarna. I kontrast förblev stålet i CO2‑härdat murbruk passivt till omkring 30 cykler, vilket betyder att starten av allvarlig korrosion försköts med ungefär två tredjedelar. Denna förbättring kommer från en dubbel nytta: det karbonatiserade yttre murbruksskiktet saktar ned tillförseln av kloridjoner, och den förfinade passivfilmen i sig är mer stabil och mindre benägen till defekter vid angrepp.

Vad detta betyder för framtida konstruktioner

Sammantaget tyder resultaten på att CO2‑härdning gör mer än att bara fånga växthusgaser i betong; den omformar också den mikroskopiska sköld som skyddar stålet däri. Genom att snabba upp bildandet av en tätare, kemiskt mer motståndskraftig passivfilm, och genom att kombinera detta med en mer kompakt ytporsstruktur, kan CO2‑härdad betong bättre motstå saltinducerad korrosion över tid. För ingenjörer innebär detta att en övergång från traditionell ånghärdning av prefabricerade element till CO2‑härdning kan förlänga livslängden för broar, marina konstruktioner och annan kritisk infrastruktur samtidigt som det bidrar till CO2‑användning — vilket erbjuder en sällsynt win‑win för hållbarhet och klimatpåverkan.

Citering: Guo, B., Shi, L., Chu, J. et al. Effect of CO₂ curing on the performance of the passivation film of steel bars in cement-based materials. npj Mater Degrad 10, 50 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00762-3

Nyckelord: CO2‑härdning, armerad betong, stålkorrosion, passivfilm, kloridangrepp