Die Rolle des Aluminiums in C-A-S-H bei chemischem Angriff auf Beton

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Detlef Heinz
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247579943

Die Verwendung von Zusatzstoffen wie Flugasche, Hüttensand und Metakaolin in Beton ist sowohl ökologisch wie auch ökonomisch sinnvoll, beeinflusst aber die bei der Hydratation entstehenden Phasen. Durch die generell höheren Aluminiumgehalte dieser Stoffe wird ein großer Teil des Aluminiums in C-A-S-H-Phasen gebunden. In der Praxis werden je nach Exposition Betonbauteile von gelösten Stoffen wie Sulfaten, Alkalien, Säuren und CO2 chemisch angriffen. Dabei sind die Menge und Löslichkeit von Aluminium in C-A-S-H für den Widerstand von Betonbauteilen gegenüber einem chemischen Angriff von zentraler Bedeutung. Wird z.B. Aluminium aus C-A-S-H freigesetzt, dann kann dieses mit Sulfationen zur unerwünschten expansiven Ettringitbildung führen. Die Bindung von Alkalien und damit der Widerstand des Betons gegen eine schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktion hängt vom Aluminiumgehalt des C-A-S-H ab. Das Bindungs- und Lösungsverhalten von Aluminium in C-A-S-H-Phasen hängt eng mit deren Nanostruktur zusammen. Das Ziel der Forschungsarbeit ist die Klärung der Rolle von Aluminium in den C-A-S-H-Phasen bei einem chemischen Angriff auf Beton. In der Fortsetzung der Forschungsarbeit werden offengebliebene und neue Fragen aufgeklärt. Neben der Bindung von Aluminium in der C-A-S-H-Nanostruktur wird die chemische Beständigkeit des Betons auch von der Sulfatbindung in C-A-S-H beeinflusst, was neben der Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen auch auf deren Wechselwirkung mit der Umwelt auswirkt. Daher sollen die Art der Sulfatbindung in C-A-S-H beim Sulfatangriff gezielt untersucht werden, insbesondere die Bindungskonfiguration von Sulfat-Ionen.Ein weiterer Untersuchungsaspekt bezieht sich auf die Prüfverfahren zur Bestimmung des Carbonatisierungswiderstands von Betonen. Die Verlässlichkeit der Übertragung von Ergebnissen aus einem Schnellprüfverfahren auf die Beständigkeit von Betonbauteilen bei natürlicher Carbonatisierung ist nachwievor umstritten. Im ersten Teil des Vorhabens wurden Lagerungsversuche mit CO2-Konzentrationen bis 4 Vol.-% CO2 und einer Lagerungsdauer bis zu 7 d durchgeführt. Ein weiteres Ziel der Fortsetzung ist die Auswirkung von höheren CO2-Konzentration (bis 10 Vol.-%) und längeren Lagerungsdauern bei natürlichen CO2-Konzentrationen auf die Carbonatisierung von C-A-S-H-Phasen zu untersuchen, um insbesondere den Einfluss der Reaktionskinetik auf Veränderungen in der C-A-S-H-Nanostruktur festzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen