Externer Alkalieintrag in mechanisch/thermisch vorgeschädigtes Betongefüge

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Rolf Breitenbücher
• Subject Area: Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics ; Structural Engineering, Building Informatics and Construction Operation
• Term: from 2011 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 165295427

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Im Rahmen des Teilprojekts TP 1 konnte durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen die Degradation im Mikrogefüge infolge unterschiedlicher zyklischer Belastung beschrieben werden. Dabei zeigte sich durch die begleitenden Ultraschalllaufzeitmessungen vor allem schon während der ersten Belastungszyklen ein deutlicher Abfall des rel. Edyn. Im Allgemeinen nimmt die Schädigung mit zunehmenden Lastzyklen zu und fällt erwartungsgemäß bei höheren Spannungsniveaus größer aus. Nach 10 Mio. Lastzyklen zeigte sich beispielsweise bei einem Belastungsniveau von σo/fct,fl = 0,35 ein Abfall auf ca. 93 %, hingegen war bei σo/fct,fl = 0,60 und 5 Mio. Lastzyklen bereits ein signifikant höherer Abfall auf ca. 75% festzustellen. Bei einem Belastungsniveau von σo/fct,fl = 0,70 und nur 100.000 Lastzyklen fiel der rel. Edyn auf ca. 81 %. Neben den Untersuchungen mit konstanter Oberspannung wurden auch Untersuchungen mit nach einer definierten Anzahl an Lastzyklen zwischen σo/fct,fl = 0,35 und σo/fct,fl = 0,50 alternierenden Oberspannungen durchgeführt. Diese Belastung mit Lastkollektiven bestätigte für diesen Fall die Palmgren-Miner-Hypothese der Unabhängigkeit der Reihenfolge der Belastung. Mikroskopische Untersuchungen der durch zyklische Belastung induzierten Mikrorisse ergaben, dass mit zunehmender Vorschädigung (abfallender rel. Edyn) sich vor allem die Anzahl der Mikrorisse erhöht, nicht aber deren Länge und Breite sich wesentlich verändern. Die Länge eines einzelnen Mikrorisses lag im Mittel bei ca. 1,5 mm währen die Breite sich bei ca. 5 µm bewegte. Es lässt sich weiterhin vermuten, dass sich der unstete Steifigkeitsabfall (Abfallender Ast des S-förmigen Schädigungsverlaufs nach Wöhler erst eintritt, wenn die Mikrorissdichte so groß ist, dass es zu einer Konnektivität der Mikrorisse kommt. Im Rahmen des Teilprojekts wurde das Eindringverhalten flüssiger Medien in sowohl vorgeschädigte als auch ungeschädigte Betone eingehend untersucht. Dabei zeigte sich mit zunehmender Vorschädigung eine deutlich erhöhte kapillare Wasseraufnahme. In einem eigens konzipierten Versuchsstand wurde der Effekt des Einwalkens alkalihaltiger Lösung experimentell simuliert. In Abhängigkeit der Anzahl der Überrollungen (bis 2 Mio.) und der zuvor induzierten Schädigung wurde die mittlere Chlorideindringtiefe ermittelt. Dabei zeigte sich, dass die Chloride sowohl mit zunehmender Schädigung, als auch mit zunehmender Anzahl an Überrollungen tiefer in das Betongefüge eindringen. Dieser Effekt beschränkte sich aber auf die äußersten 2 bis 4 cm. Weiterhin ist es gelungen, den beim Überrollen der Reifen in den Beton gerichteten Permeationsdruck tiefenabhängig experimentell zu erfassen. Der Permeationsdruck im Betongefüge nahm in ungeschädigtem Betongefüge bereits innerhalb weniger Zentimeter deutlich ab, was auf eine stark dämpfende Wirkung des Betongefüges zurückzuführen ist. Dieser Effekt verliert sich jedoch, sobald das Betongefüge vorgeschädigt ist. Schließlich wurde das AKR-relevante Schädigungspotential von vorgeschädigten und mit Tausalzlösung beaufschlagter Betone untersucht. Hierzu wurden so vorbelastete Probekörper einer 60°C-Nebelkammerlagerung ausgesetzt und die zugehörigen Dehnungen ermittelt. Aufgrund der vergleichsmäßig geringen Reaktivität des Granodiorits und der auf die äußersten 2 bis 4 cm beschränkten externen Alkalizufuhr zeigten sich allerdings keine signifikanten Unterschiede der Dehnungsverläufe.

Publications

• AKR unter kombinierten Einwirkungen - Degradation und Alkalieintrag. In: Tagungsbericht 19. Internationale Baustofftagung ibausil, Band 1, Weimar, F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde, Prof. Dr.-Ing. H.-M. Ludwig (Hrsg.), 2015, S. 1453-1460
  Przondziono, R., Breitenbücher, R.
  
• Vorschädigungen in Beton infolge zyklischer Beanspruchungen und deren Auswirkung auf Transportprozesse im Hinblick auf eine schädigende AKR. Beton- und Stahlbetonbau (01/2015), S. 3-12
  Przondziono, R.; Timothy, J.; Nguyen, M.; Weise, F.; Breitenbücher, R.; Meschke, G.; Meng, B.
  
• Degradation in concrete pavements - Effects of cyclic loading on fluid transport processes and ASR. In: Proceedings of the 11th International Conference on Concrete Pavements 2016, San Antonio, USA, pp. 669 - 681
  Przondziono, R.; Breitenbücher, R.
  
• Degradation in concrete structures due to cyclic loading and its effect on transport processes - Experiments and modeling. Structural Concrete (08/2017), Vol. 18, Issue 4, pp. 519-527
  Przondziono, R.; Timothy, J.J.; Weise, F.; Krütt, E.; Breitenbücher, R.; Meschke, G.; Hofmann, M.
  
• (2018). Innovativer Mehrfachprüfstand zur zyklischen Beanspruchung großformatiger Betonprobekörper. Beton- und Stahlbetonbau 01/2018, Vol. 113, pp. 48-57
  Przondziono, R., Schulte-Schrepping, C., Breitenbücher, R.
  
• AKR unter kombinierten Einwirkungen - Wie beeinflussen zyklische Beanspruchungen die Degradation und den Alkalieintrag in Beton. In: Tagungsbericht 20. Internationale Baustofftagung ibausil, Band 2, Weimar, F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde, Prof. Dr.-Ing. H.-M. Ludwig (Hrsg.), 2018, S. 85-92
  Przondziono, R.; Breitenbücher, R.
  
• Alkali-Silica Reaction in concrete pavements considering traffic and de-icing agents. In: Proceedings of the 13th International Symposium on Concrete Roads, Berlin, 2018
  Breitenbücher, R.; Przondziono, R.; Meng, B.; Krütt, E.; Weise, F.
  
• Alkali-Kieselsäure-Reaktion in Betonfahrbahndecken unter Berücksichtigung von Verkehr und Taumitteln, Straße und Autobahn, Heft 08/2019, Kirschbaum, 2019
  Breitenbücher, R., Przondziono, R., Meng, B., Krütt, E., Weise, F.