Steigerung der Dauerhaftigkeit von Beton durch Zugabe von superabsorbierenden Polymeren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurden Versuche an Zementleimen, Mörteln und Betonen mit und ohne Zugabe von superabsorbierenden Polymeren durchgeführt. Dabei wurde das Ziel verfolgt, den Einfluss der SAP auf die Dauerhaftigkeit des Betons in Abhängigkeit der Eigenschaften der SAP zu untersuchen. Für die verwendeten SAP mit trockenen Partikelgrößen von 50-500 µm konnten Empfehlungen hinsichtlich Dosierung und Partikelgröße in Abhängigkeit des Anforderungsprofils des Betons abgeleitet werden. Es konnten klare Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der SAP und der Permeabilität, dem kapillaren Saugen und der Frost- Tausalzbeständigkeit der Betone dargestellt werden. So nehmen Permeabilität und kapillares Saugen mit zunehmender Partikelgröße bei gleich bleibendem SAP-Porenvolumen ab. Hinsichtlich der Frost-Tausalzwiderstandes konnte gezeigt werden, dass der Porenabstandsfaktor allein nicht entscheidend ist. Die Gesamtporosität, unabhängig vom Gehalt der Mikroluftporen, zeigte, dass sie mit besserer Korrelation die Oberflächenabwitterung angibt (CDF-Verfahren). Einige der SAP-modifizierten Betone wiesen sogar trotz geringeren Porenvolumens ähnliche Abwitterungsmengen bei gleichzeitig höheren Druckfestigkeiten auf wie Referenzbetone mit herkömmlichem Luftporenbildner. Weiter ist davon auszugehen, dass die Prozesszone, die mit der Taufront in den Beton eindringt und eine innere Schädigung des Betons hervorruft, durch Zugabe von SAP geschwächt wird. Während der 56 beobachteten Frost-Tauwechsel konnte bei keinem der SAP- modifizierten Betone ein Abfall der Ultraschalllaufzeit festgestellt werden. Weitere Forschungsarbeit ist nötig um einen möglichen Einfluss der SAP auf das Frostschwinden und –saugen herauszustellen. Dazu sollten Dehnungsmessungen an Probekörpern während einer wiederholten Frost-Tau-Belastung durchgeführt werden. Der Einfluss der SAP auf das autogene Schwinden und das Trocknungsschwinden von Beton war ebenfalls Gegenstand von Untersuchungen. Durch Dehnungsmessungen, die nach dem Ausschalen begonnen, konnte gezeigt werden, dass SAP-modifizierte Betone ein geringeres Schwinden unter trocknenden Bedingungen aufweisen als Referenzbetone mit demselben Gehalt an Zugabewasser. Dieser Unterschied ist auf ein geringeres autogenes Schwinden zurückzuführen, das vom Trocknungsschwinden überlagert wird. Autogenes Schwinden wurde auch an Zementleimen gemessen und über einen Modellierungsansatz auf Betonmischungen übertragen. Weiter wurde gezeigt, dass die Effektivität, mit der die SAP das autogene Schwinden unterbinden können, vom Desorptionsverhalten der SAP abhängig ist. Eines der untersuchten Polymere gab noch vor Beginn des Erstarrens einen Teil des anfänglich aufgenommenen Wassers wieder ab. Dieses Polymer hat das autogene Schwinden nur anfänglich verzögert, aber nicht unterbunden. In diesem Zusammenhang wurde auch der Einfluss der SAP auf den Wasserhaushalt näher beleuchtet. Dazu wurden Versuche mit Thermogravimetrie und Kernspinresonanzspektrometrie an erhärtenden, versiegelt gelagerten Zementleimen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse konnten die Bindungszustände des Wassers im Laufe der Hydratation angegeben werden. Daraus konnte eine erste Nährung für die Sättigung der SAP-Poren ermittelt werden. Es wurde festgestellt, dass die Hydratation unter versiegelten Bedingungen allein von der Gesamtzugabemenge an Wasser abhängig ist und nur marginal durch die Zugabe von SAP beeinflusst wird. Eine abschließende Aussage über die Entleerung der SAP-Poren kann momentan noch nicht getroffen werden. Fest steht, dass sowohl das Wasseraufnahme- wie auch das Wasserabgabevermögen der SAP von der Ionenkonzentration der Porenlösung und somit von der verwendeten Zementart und der Wahl der Zusatzstoffe abhängt. Daher ist die Übertragbarkeit der im Rahmen dieses Forschungsvorhabens gefundenen Ergebnisse (reiner Portlandzement) auf andere Bindemittelkompositionen zu überprüfen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Effect of water-filled macropore inclusions on the hydration of Portland cement paste detected by thermogravimetric analysis, in: Leung, C. & Wan, K.T. (Eds.): “Advances in Construction Materials through Science and Engineering”, RILEM Publications Pro 79, Bagneux, 2011, S. 60 (abstract book)
Assmann, A. & Reinhardt, H.-W.
- Grundlagen der Anwendung von superabsorbierenden Polymeren in normal- und hochfestem Beton, in: „Jahresbericht 2008/2012 Activities“, Mitteilungen des Instituts für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart, Band 2011/1, Stuttgart, 2011, S. 27-34
Assmann, A.
- Effect of superabsorbent polymers on durability of concrete, in: Mechtcherine, V. & Reinhardt, H.-W. (Eds.): “Application of Superabsorbent Polymers (SAP) in Concrete Construction”, RILEM State-of-the-art report, Technical Committee 225 - SAP, Springer, Dordrecht, 2012, S. 125-146
Reinhardt, H.-W., Assmann, A.
