Einfluss der chemischen Umgebung auf die Zusammensetzung, Struktur und das Quellverhalten von AK-Gelen

• Antragstellerinnen: Dr.-Ing. Anne Heisig; Professorin Dr. Alisa Machner
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438217913

Die Alkali-Kieselsäure Reaktion (AKR) ist eine der häufigsten chemischen Schadens-reaktionen im Beton. Vermeidungsstrategien für eine schädigende AKR stellen dabei unter anderem der Einsatz puzzolanischer Zusatzstoffe (z.B. calcinierte Tone) im Beton dar. Im Rahmen des ersten Förderabschnitts wurde der Effekt der chemischen Umgebung, insbesondere des Aluminiums (Al), auf die Struktur, Zusammensetzung und Eigenschaften von Alkali-Kieselsäure (AK)-Gelen untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass Al strukturell in das AK-Gel eingebaut wird und dadurch der Vernetzungsgrad der Zwischenschichten im Gel steigt. Ein erhöhter Vernetzungsgrad führt wiederum zu einem verminderten Quellvermögen, da das aufgenommene Wasser stärker in die Struktur des Gels eingebaut und somit eine Quellung durch Spaltdruck verringert wird. Mittels Betonversuchen konnte eine Korrelation zwischen der Reaktivität Al-haltiger Zusatzstoffe und deren AKR-Minderungspotential im Beton festgestellt werden. Die Ergebnisse aus der ersten Förderperiode liefern neue Kenntnisse über den Effekt Al-haltiger Zusatzstoffe auf eine AKR und verbessern das Verständnis zur positiven Wirksamkeit dieser gegenüber einer schädigenden AKR. Im Rahmen der zweiten Förderperiode sollen weitere durch den Einsatz Al-haltiger Zusatzstoffe (calcinierte Tone) im Beton bedingten Veränderungen untersucht werden. Hierbei soll der Fokus auf den Hydratationsprodukten und der Porosität des Bindemittelgefüges sowie der Freisetzung von Al und Alkalien (Na, K) betrachtetet werden. Dabei wird die Verteilung von Alkalien in der Porenlösung mit den Alkalien in den Reaktionsprodukten, wie C-(A)-S-H Phasen und AK-Gelen verglichen. Des Weiteren soll der Einbau von Al sowie die Änderung der Zusammen¬setzung, Morphologie und Verteilung der AK-Gele als Funktion der Zeit in Laborbetonen (Frühphase vs. zunehmende Reifung) untersucht werden. Es wird außerdem der Frage nachgegangen, wie die Lagerungstemperatur, Zusammensetzung und Morphologie der AK-Gele die Expansion im Beton beeinflusst. Zur Beantwortung der Forschungsfragen kommen vielfältige analytische Methoden wie u.a. die µ-XRF, die µ-Indentation und das REM-AQM/EDX zum Einsatz. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen ein umfassendes Verständnis zum Ablauf einer schädigenden AKR sowie als Grundlage künftiger Strategien zur AKR-Vermeidung und auch zur Beurteilung der Schädigungsentwicklung an betroffenen Bauwerken dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Norwegen
• Kooperationspartnerin: Professorin Klaartje de Weerdt