Effect of de-icing salt and aluminous supplementary cementitious materials on the mechanisms of the alkali-silica reaction in concrete
Final Report Abstract
Ziel des Forschungsvorhabens war die Charakterisierung des Schadensablaufs einer AKR in natürlichen Gesteinskörnungen unter praxisnahen Temperaturbedingungen in Gegenwart von NaCl und unter Berücksichtigung des Beitrags aluminiumhaltiger Zusatzstoffe im Bindemittel zur Zusammensetzung und Quellfähigkeit von Alkali-Kieselsäure-Gelen (AK-Gelen). Dafür wurden an bis zu 3,5 Jahre alten Betonprismen (mit Grauwacke, Granit, Diabas und Borosilicatglas) Dehnungsmessungen, Polarisationsmikroskopie, Analysen der Porenlösungszusammensetzung durchgeführt sowie die chemische Zusammensetzung von gebildeten AK-Gele mittels Elektronenmikrosonde untersucht. Die Betone lagerten in synthetischen Porenlösungen bei 20 °C, wobei einem Teil der Lösungen zusätzlich NaCl zugegeben wurde. In den Betonmischungen mit natürlichen Gesteinskörnungen, zeigten ausschließlich die Proben mit Grauwacke klare Anzeichen einer AKR. Entgegen den Erwartungen – basierend auf eigenen Erfahrungen und Literaturergebnissen – zeigten die Langzeitlagerungsversuche keine AKR-Verschärfung durch den zusätzlichen NaCl-Eintrag, obwohl im Zusammenhang mit einer NaCl-Zufuhr systematisch höhere Konzentrationen an Silicium in der Porenlösung nachgewiesen werden konnten, welches aus der reaktiven Gesteinskörnung gelöst wurde. Über zusätzliche Analysen der Porenlösungen mit mittels 29Si-NMR konnte ein NaHSiO3-Komplex - dessen Bildung mit einer AKR-Verschärfung assoziiert sein soll - nicht identifiziert werden. Allerdings zeigen sich Unterschiede zwischen den Zusammensetzungen der Porenlösungen ohne und mit NaCl-Beanspruchung, die sich für letzteren Fall in einer höheren Vernetzung der gelösten Siliciumspezies äußert. Die Verwendung von Flugasche im Bindemittel bildet sich u.a. in der Zusammensetzung des gebildeten AK-Gels ab, das – unter Berücksichtigung von Literaturergebnissen – durch höhere Silicium- und geringer Calciumgehalte eine verminderte Quellfähigkeit besitzt. Welchen Anteil dieser Effekt durch die Flugasche neben weiteren schadensvermindernden Wirkungen bezüglich des AKR-Widerstandes trägt – wie die pH-Wertreduzierung der Betonporenlösung oder die Verringerung der Kapillarporosität – konnte nicht ermittelt werden.
Publications
- (2012): Wirkung puzzolanischer Betonzusatzstoffe bei einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion durch Alkalieintrag von außen. 18. Internationale Baustofftagung Ibausil, Weimar
Dressler, A., Urbonas, L, Heinz, D.
- (2013): Einfluss von Tausalz und aluminiumhaltigen Zusatzstoffen auf die Mechanismen der AKR in Beton. 1. Workshop "AKR unter kombinierten Einwirkungen", DFG-Forschergruppe 1498, Berlin
Dressler, A., Urbonas, L, Hilbig, H., Beddoe, R.E., Heinz, D.
- (2013): Einfluss von Tausalz und puzzolanischen, aluminiumhaltigen Zusatzstoffen auf die Mechanismen einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion in Beton. Technische Universität München. Munich, Germany. Dissertation
Dressler, A.
- (2014): Einfluss von NaCl auf die Alkali-Kieselsäure-Reaktion in Beton – Modellversuche mit Borosilikatglas und Grauwacke bei 20 °C. GdCh Tagung Bauchemie, Kassel
Fischer, K., Worm, U., Urbonas, L., Heinz, D.
- Damaging ASR in fly ash concrete exposed to NaCl – concrete with borosilicate glass and greywacke. International Conference EuroCoalAsh, München, 2014
Fischer, K., Worm, U., Urbonas, L., Heinz, D.
- (2016): Ingress of NaCl in concrete with alkali reactive aggregate: effect on silicon solubility. Materials and Structures, 49(10): p. 4291-4303
Heisig, A., Urbonas, L., Beddoe, R. E., Heinz, D.
(See online at https://doi.org/10.1617/s11527-015-0788-y)
