Untersuchungen zum Einfluss alkalihaltiger Taumittel auf die Alkali-Kieselsäure-Reaktion und den Phasenbestand von Zementstein
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aus den hier durchgeführten Untersuchungen ergibt sich insgesamt ein tieferes und erweitertes Verständnis zum Ablauf einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion unter Einwirkung von NaCl. Entgegen bisheriger Vorstellungen zeigte sich, dass der pH-Wert in der Porenlösung von Betonen durch eine äußere NaCl-Zufuhr nicht ansteigt und eine Bindung von Cl–-Ionen in z.B. FRIEDEL’sches Salz keine notwendige Voraussetzung für eine Bildung von AKR-Gel unter Mitwirkung von Natrium aus dem von außen eingetragenen NaCl ist. Solange der pHWert in der Porenlösung hoch genug ist um in alkalireaktiven Gesteinskörnern enthaltenes SiO2 zu lösen, werden sich von außen zugeführte Na+-Ionen an der Bildung der thermodynamisch stabilen AKR-Gele beteiligen. Die auch im Rahmen der hier durchgeführten Untersuchungen festgestellte Bildung von FRIEDEL’schem Salz unter Einwirkung von NaCl ist damit als eine mögliche Begleiterscheinung, nicht aber als eine notwendige Vorraussetzung für die Bildung von AKR-Gelen unter Beteiligung der Na+-Ionen aus dem von außen zugeführten NaCl anzusehen. Darüber hinaus ergaben sich Hinweise darauf, dass NaCl das Löseverhalten von SiO2 direkt beeinflussen kann. Allerdings kann auf Grundlage der hier durchgeführten Untersuchungen noch nicht abgeleitet werden, wie sich dieser Einfluss auf den Verlauf einer AKR auswirkt. In jedem Fall ist dieser sich hier andeutende und bisher kaum betrachtete Einfluss aber deutlich genug, um weitere Untersuchungen dazu durchzuführen. Es zeigte sich außerdem für ein weiteres Granodiorit-Vorkommen, dass die alleinige Einschätzung der Alkalireaktivität der Granodiorit-Splitte mit einem Mörtelschnelltest zur Auswahl von Gesteinskörnungen für den Einsatz in Fahrbahndecken nicht ausreichend zuverlässig ist. Während die betreffenden Granodiorit-Splitte auf Grundlage der Mörtelschnelltestergebnisse eindeutig als ausreichend alkaliunempfindlich einzustufen sind, zeigte sich in der AKR-Performance-Prüfung mittels FIB-Klimawechsellagerung für einen Fahrbahndeckenbeton mit CEM I-Zement unter Verwendung der betreffenden Granodiorit-Splitte ein deutliches AKR-Schädigungspotential unter äußerer Alkalizufuhr. Es bestätigte sich weiter, dass der alternative Einsatz eines hüttensandhaltigen Zementes (CEM II/B-S) den Ablauf einer AKR unter äußerer Alkalizufuhr zumindest deutlich verzögern kann. Die erzielten Ergebnisse deuten u.a. darauf hin, dass sich NaCl einerseits direkt auf das Löseverhalten von SiO2 auswirkt und dass sich Na- und K-Ionen außerdem in unterschiedlichem Maße an einer AKR-Gelbildung beteiligen. Letzterer Aspekt hat sich auch bereits in anderen Untersuchungen1 angedeutet. Daraus ergibt sich die Frage nach dem Unterschied in der thermodynamischen Stabilität bzw. in der Bildungswahrscheinlichkeit von Na- und K-haltigen AKR-Gelen. In einem weiteren Projekt von Prof. Ludwig und Prof. Stark innerhalb einer Verbundforschergruppe soll u.a. erstmals versucht werden, thermodynamische Kenngrößen für AKR-Gele zu bestimmen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung zur direkten Beurteilung von Bildungswahrscheinlichkeiten von AKR-Gelen. Weiterführend erscheinen direkte Untersuchungen zum Einfluss von NaCl bzw. auch von anderen Salzen (z.B. von Bedeutung für Offshore-Betone unter Meerwassereinwirkung) auf das Löseverhalten von SiO2 lohnenswert und würden sehr wahrscheinlich zum weiteren Verständnis einer AKR unter äußerer Alkalizufuhr beitragen. Es konnte außerdem wiederholt gezeigt werden, dass der Einsatz von hüttensandhaltigen Zementen (CEM II/B-S) den Ablauf einer AKR unter äußerer Alkalizufuhr zumindest deutlich verzögern kann. Bisher werden solche Zemente aber aus praktischen bzw. normativen Gründen heraus (z.B. Schwierigkeiten bei der Nachbehandlung und beim Schneiden der Fugen, Forderung nach Einsatzes der gleichen Zementsorte im Ober- und Unterbeton) nur zögerlich in der Praxis eingesetzt. Dazu wären demzufolge Untersuchungen und ggf. Anpassungen in den bestehenden Regelwerken sowie bei der Vorgehensweise in der Praxis erforderlich. Nicht zuletzt muss in Regelwerken künftig stärker berücksichtigt werden, dass bestimmte Gesteinskörnungen, wie Granodiorite, mit Mörtelschnelltests allein nicht zuverlässig für den Einsatz in Fahrbahndecken beurteilt werden können. Dazu muss die Beurteilung des AKR-Schädigungspotentials von Betonzusammensetzungen mittels AKR-Performance-Prüfung weiter an Bedeutung gewinnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- ASR in concretes exposed to sodium chloride. RILEM TC 219-ACS Seminar: Recent Developments in AAR, Ponta Delgada, Azores/Portugal, March 11th, 2010
Giebson, Colin
