Influence of the eluent on the leaching of heavy metals from concrete
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projekts „Einfluss des Eluenten auf die Auslaugung von Spurenelementen aus Beton“ sollte der Kenntnisstand über die Auslaugung von Betonen unter realitätsnahen Bedingungen erweitert werden, um eine Ausgangsbasis für ein ökologisch und ökonomisch sinnvolles Bewertungskonzept für die Umweltverträglichkeit von Beton zu erhalten. Durch vergleichende Untersuchungen des Auslaugverhaltens von Beton mit deionisiertem Wasser, verschiedenen Grundwassern, dem Mineralwasser „Evian“ und zwei künstlich mineralisierten Wassern konnte gezeigt werden, dass die Zusammensetzung des Eluenten großen Einfluss auf das Auslaugverhalten von Beton hat. Neben der Pufferkapazität stellte sich die Wasserhärte bzw. der Calciumgehalt als maßgebliche Einflussgröße dar. Hartes Wasser besitzt tendenziell eine hohe Pufferkapazität, weiches Wasser hingegen eine niedrigere. In einem harten Wasser stehen demzufolge viele Hydrogencarbonat- bzw. Carbonat- und Calciumionen zur Verfügung. Dies begünstigt die Bildung von Calciumcarbonat während des Auslaugens und hat zur Folge, dass die Durchlässigkeit des Porensystems des Betons verringert wird. Dadurch werden Diffusionsprozesse, die maßgeblich für den Auslaugmechanismus aus Beton verantwortlich sind, stark reduziert und die Freisetzung umweltrelevanter Parameter herabgesetzt. Je weicher ein Wasser daher ist, desto mehr wird die Freisetzung begünstigt. Hier wird das Porensystem durch das Herauslösen von Calciumhydroxid offener. Selbst sehr weiches Grundwasser ist jedoch deutlich weniger betonangreifend als deionisiertes Wasser. Die Verwendung von deionisertem Wasser hat nachweislich eine Überschätzung der Freisetzung umweltrelevanter Parameter im Langzeitstandtest um einen Faktor 2 bis 10 zur Folge. In Fall von Aluminium beträgt der Faktor sogar 700. Die Untersuchungen mit den unterschiedlichen Grundwassern haben gezeigt, dass das Potential besteht, durch Anpassung der Zusammensetzung des Eluenten ein einheitliches, milderes Prüfmedium für die Umweltuntersuchungen von Beton zu entwickeln, oder ggf. ein reales Prüf-Grundwasser auszuwählen. Von einer Verwendung kommerziell erhältlicher Mineralwasser wird aufgrund ihrer hohen Wasserhärte abgeraten. Weiterhin konnten erste Erkenntnisse über den Einfluss des Bodens auf die Auslaugung aus Beton beim Einbau unter dem Grundwasserspiegel gewonnen werden. Hier stehen sowohl Sorptionseffekte als auch das Gleichgewicht zwischen Boden- und Grundwasserbeschaffenheit im Vordergrund. Bisher wird im Bewertungskonzept davon ausgegangen, dass die Freisetzung im wassergesättigten Boden wesentlich geringer sei als im Langzeitstandtest. Als Umrechnungsfaktor wurde die effektive Porosität des Bodens angesetzt. Rein rechnerisch wurde bereits abgeschätzt, dass diese Annahme nicht zutrifft. Dies hat sich nun auch experimentell bestätigt. Bei Sandboden kann davon ausgegangen werden, dass die Freisetzung nicht wesentlich geringer ist als im DSLT. Auf der Transportstrecke im Grundwasser ist allerdings auch bei Sandboden mit einer Adsorption zu rechnen. Das Projekt zeigt somit deutlich auf, dass das momentan gültige Bewertungskonzept für die Umweltverträglichkeit von Beton aktualisiert werden muss. Die Ergebnisse werden zu der Weiterentwicklung beitragen. Zum einen bestehen Möglichkeiten in der Anpassung der Versuchsdurchführung, zum anderen können geochemische Modellierungen und Transportmodelle für Langzeitprognosen mit den erarbeiteten Daten erweitert und verfeinert werden.
Publications
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Einfluss der Wasserbeschaffenheit auf das Auslaugverhalten von Beton. Aachen : Institut für Bauforschung, 2017. Baustoffe – Aktuelle Forschung am ibac, 53. Aachener Baustofftag, Aachen, 12. und 13. Oktober 2017
Hartwich, P.
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Influence of the Leachate Composition on the Leaching Behaviour of Concrete. Cement and Concrete Research 100 (2017), S. 423-434
Hartwich, P.; Vollpracht, A.
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(2018) Einfluss der Wasserbeschaffenheit auf das Auslaugverhalten von Beton. Beton 68 (4) 118-21
Hartwich, P.; Vollpracht, A.
