Alkalilöslichkeit von feldspathaltigen Gesteinen im Zusammenhang mit der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) im Beton
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die hier dargestellten Untersuchungen ergaben hinsichtlich der Fragestellung zur Alkalilöslichkeit von feldspathaltigen Gesteinen im Zusammenhang mit der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) im Beton ein tieferes Verständnis. So zeigte sich anhand der Löseversuche, dass eine Alkalifreisetzung aus Feldspäten in die Porenlösung von Betonen stattfinden kann. Am Ende der 2-jährigen Untersuchungszeit zeigte sich keine Stagnation der Alkalifreisetzung, was für eine langfristig verfügbare Alkaliquelle im Beton spricht. Jedoch lassen die hier ermittelten K- und Na-Konzentrationen darauf schließen, dass Feldspäte keine dominierende Rolle bei der AKR spielen werden. Darüber hinaus ergaben sich Hinweise, dass der Kalifeldspat ein höheres Löslichkeitsverhalten sowohl in technisch aufbereiteter Form als auch gebunden im Rhyolithgefüge besitzt. Dies wurde mittels FIB-Klimawechsellagerung untersucht. Die ermittelten Dehnungswerte führten zur Bestätigung der Annahme, dass sich Kalifeldspäte durch die Freisetzung von K-Ionen an einer AKR beteiligen können. Im Vergleich zu einer kalifeldspat- und quarzarmen eingesetzten Gesteinskörnung wies der Beton mit dem Kalifeldspat merklich höhere Dehnungen auf. Es zeigte sich außerdem, dass es mittels der entworfenen Methodenkombination „Mikroskopie, Röntgenbeugung und Bildanalyse“ möglich ist, den Mineralphasenbestand im Rhyolithgefüge sowohl für die Einsprenglinge als auch für die Grundmasse zu ermitteln. Bisher war eine quantitative Mineralphasenbestimmung getrennt nicht möglich. Ergänzend sei hervorzuheben, dass der angenommene Einfluss des Quarzgehaltes in der Grundmasse auf den Ablauf einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion bewiesen werden konnte. Demnach ist ein neues Kriterium („Quarzgehalt in der Grundmasse") zur Einschätzung des AKR-Potenzials von Rhyolithen geschaffen wurden. Des Weiteren konnte mittels Einsatz von Ätzversuchen auch festgestellt werden, dass der Rhyolith I eine schwerer lösliche Grundmasse besitzt als der Rhyolith II und III. Dieses Ergebnis wurde durch Profilmessungen gewonnen. Beim Vergleich der Mörtelschnelltests besaß der Rhyolith I die kleinsten Dehnungen. Er konnte als ausreichend alkaliunempfindlich eingestuft werden. Die beiden Rhyolithe II und III zeigten hingegen Dehnungen über 2mm/m und wurden deshalb als reaktiv eingestuft. Nach Marfil und Stark kann durch die Körnung der Grundmasse auf die Alkaliempfindlichkeit geschlossen werden. Die Rhyolithe II und III besitzen eine feine Grundmasse und sind daher alkaliempfindlicher als der Rhyolith I. Diese Annahme bestätigen auch die Dehnungsmessungen der Mörtelschnelltests. Die Ätzversuche und Digitalmikroskop-Auswertungen führten zu den gleichen Aussagen wie die Mörtelschnelltests. Demnach wäre durch Ätzversuche und Digitalmikroskop-Auswertungen die Alkaliempfindlichkeit von Rhyolithen oder gar anderen Gesteinen bestimmbar. Dies müsste durch weitere Arbeiten überprüft werden. Positiv bei der Anwendung von Ätzversuchen ist ein geringerer Zeitaufwand gegenüber Mörtelschnelltests und weniger Materialverbrauch. Die gesundheitlichen Risiken im Umgang mit dieser Methode (Einsatz Flusssäure) sind dennoch zu berücksichtigen. Bezüglich des festgestellten, möglichen AKR-Potenzials von Feldspäten sind weitere Untersuchungen im Bereich der Feldspatausbildung im Gesteinsgefüge anzustreben. Denn in den Ätzversuchen hat sich gezeigt, dass die Kristallausbildungen speziell beim Kali-Feldspat einen Einfluss auf das Ätzprofil und damit auf die Löslichkeit besitzen. Eine Charakterisierung der Feldspatstruktur könnte, wie bei der Diagnose von Quarzen, einen Hinweis auf das AKR-Potential des Feldspatanteils in der Gesteinskörnung geben. Des Weiteren wäre der Einsatz einer punktuellen Röntgenanalyse zur Betrachtung und Bestimmung des Mineralphasenbestandes der Einsprenglinge und der Grundmasse im Gesteinsgefüge getrennt voneinander anzustreben. Die bisherige Methodenkombination „Mikroskopie, Röntgenbeugung und Bildanalyse“ könnte damit weiter ergänzt und optimiert werden. Demzufolge wäre eine genauere Ermittlung der Feldspatzusammensetzung möglich, um das Ätz- / Löslichkeitsverhalten besser analysieren und einschätzen zu können. Die Entwicklung der Bildanalysemethode hat bereits außerhalb des Forschungsprojektes Anwendung in unterschiedlichen Projekten gefunden. So wurde in einem bereits laufenden Forschungsprojekt zur „Erarbeitung von neuen Verfahren zum Anmischen von Gipsputzen in Putzmaschinen“, die Homogenität der Rezeptur anhand der Partikelverteilung und Ausbildung mittels Bildanalyse untersucht. Des Weiteren wurde diese Methode zur „Bewertung der Rissbildung von Gipsplatten bei thermischer Beanspruchung“2 bzw. zur „Beurteilung der Feuerbeständigkeit von Gipsplatten“3 eingesetzt. Eine weitere mögliche Anwendung wäre die „Rissanalyse im Betongefüge“. Dies könnte innerhalb des laufenden DFG-Teilprojektes „Transport- und Lösevorgänge im Gesteinskorn“ im Rahmen der DFG-FOR 1498 zur Risscharakterisierung und somit zum besseren Verständnis des Eindringverhaltens von Lösungen in das Gesteinskorn beitragen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Einfluss des Quarzanteils der Grundmasse am Quarzgehalt potentiell reaktiver Rhyolithe.” In: 18. Internationale Baustofftagung (ibausil), Tagungsband 2. – ISBN: 978-3-00-034075-8. – S. 0786 – 0793, Weimar, 2012
S. Dietsch und D. Erfurt
- “Investigations on the quartz ratio of a rhyolite matrix in relation to the total quartz content of potentially reactive rhyolite.” In: Helsingør, 2013. - 14. Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials (EMABM) – ISBN: 978-87-996246-0-7. – S. 50 – 51
S. Dietsch, D. Erfurt und H. Kletti
