Expansionsspannung beim Sulfatangriff auf Beton - Einfluss von aluminiumhaltigen Zusatzstoffen

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Anne Heisig, seit 11/2020
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274235994

Der treibende externe Sulfatangriff auf Beton kann bei Bauwerken, welche in Kontakt zu sulfathaltigem Grundwasser stehen, durch die Bildung von expansivem Ettringit und damit einer Expansionsspannung zu Schäden führen, welche hohe Instandsetzungskosten nach sich ziehen können. Im Rahmen des ersten Förderabschnitts wurde untersucht, inwiefern sich der Aluminiumgehalt in aluminiumhaltigen Zusatzstoffen des Bindemittels auf die entstehende Expansionsspannung in Probekörpern auswirkt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass dabei der Aluminiumgehalt im Vergleich zur Porengrößenverteilung offenbar nur eine untergeordnete Rolle spielt.Die bisherigen Versuche zeigten, dass mit ortsaufgelöster Analytik die beim externen Sulfatangriff auftretenden Reaktionsfronten zuverlässig verfolgt werden können. Dabei wurde gerade bei Portlandzement mit erhöhtem Sulfatwiderstand eine der Ettringitbildung nachlaufende Gipsbildung beobachtet, welche hohe freie Dehnungen erzeugt. Während über den Schädigungsmechanismus der Ettringitbildung bereits weitreichende Erkenntnisse gewonnen werden konnten, ist der genaue Einfluss der nachfolgenden Gipsbildung auf die Schadensentwicklung noch unklar. Da die Gipsbildung jedoch bei gängigen Prüfverfahren des Sulfatwiderstands aufgrund der verwendeten hohen Sulfatkonzentrationen häufig beobachtet werden kann, ist eine tiefergehende Betrachtung der Gipsbildung wünschenswert. Die Ergebnisse des ersten Förderabschnitts zeigen dabei unter anderem, dass Proben mit Portlandzementen mit erhöhtem Sulfatwiderstand trotz vergleichsweise sehr hoher freier Dehnungen keine makroskopischen Risse im Probengefüge ausbilden. Ob hierbei ein direkter Zusammenhang zu der verstärkten Gipsbildung besteht, ist Gegenstand dieses Fortsetzungsantrags. Denkbar wäre, dass neu entstehende Mikrorisse, welche sich infolge der Ettringitbildung gebildet haben, durch Gips verfüllt werden, was die Ausbreitung des Risses möglicherweise hemmen könnte.Das Arbeitsprogramm des Fortsetzungsantrags soll daher die ortsaufgelöste Untersuchung der Expansionsfronten bei verringerten Sulfatkonzentrationen umfassen, da dann der Einfluss der Gipsverfüllung systematisch bestimmt werden kann. Bei Portlandzementen mit erhöhtem Sulfatwiderstand sollte dies gemäß dem angenommenen Wirkungsmechanismus der Gipsbildung vermehrt zum Auftreten von makroskopischen Rissen führen. Das Arbeitsprogramm umfasst Sulfatlagerungsversuche an Hohlzylindern sowohl mit und ohne Dehnungsbehinderung, da die Ergebnisse des ersten Förderabschnitts einen hemmenden Einfluss der Dehnungsbehinderung auf die Gipsbildung gezeigt haben. Bereits entwickelte und bewährte Finite-Elemente-Modellierungen und thermodynamische Berechnungen sollen die Interpretation der Ergebnisse unterstützen. Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens sollen bei der Konzeption von zuverlässigen Prüfverfahren des Sulfatwiderstands behilflich sein und ein erweitertes Verständnis der Entstehung der Schadensbilder an Praxisbetonen eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Robin Edward Beddoe, Ph.D.
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Detlef Heinz, bis 10/2020