Transport- und Löseprozesse im Gesteinskorn beim Ablauf einer AKR sowie Grundlagenuntersuchungen an AKR-Gelen
Final Report Abstract
Mit den innerhalb des Teilprojekts 5 im Rahmen der DFG-Forschergruppe 1498 durchgeführten Untersuchungen konnten Antworten auf viele, jedoch nicht auf alle der im Antrag formulierten Fragen gegeben werden. Geklärt werden konnte, dass zumindest mechanisch (aufbereitungsbedingt) induzierte Mikrorisse in Gesteinskörnern (Granodiorit) keinen signifikanten Einfluss auf den AKR-Verlauf eines damit hergestellten Betons haben. Das AKR-Potential einer Gesteinskörnung bleibt damit maßgeblich durch ihre chemisch-mineralogische Zusammensetzung sowie durch die ggf. bereits vorhandenen (geogenen) Mikrorisse charakterisiert. Eine Vorschädigung des Betons durch mechanisch induzierte Mikrorisse begünstigte hingegen die AKR in Form eines früheren Beginns der Reaktion infolge des schnelleren und tieferen Eindringens von Wasser bzw. NaCl-Lösung. Eine wichtige Erkenntnis dabei war, dass bisher an Praxisbetonen ermittelte NaCl-Eindringtiefen offenbar unterschätzt wurden, da Referenzproben zur Bestimmung der Na- und Cl-Basiswerte im unbelasteten Beton i. d. R. fehlen, für eine sichere Bestimmung der NaCl-Eindringtiefe aber unabdingbar sind. Der Einfluss des Einwalkens, d. h. verkehrsbedingter Überrollungen unter Einwirkung von NaCl-Lösung, konnte nicht abschließend geklärt werden. Zwar ergaben sich im Ergebnis der Untersuchungen keine Hinweise darauf, dass sich die AKR infolge des Einwalkens verstärkte, aber infolge versuchstechnischer Beschränkungen (Radlast, Geschwindigkeit) ist dieses Ergebnis nicht unmittelbar in die Praxis übertragbar. Insgesamt nimmt der Einfluss der hier für eine AKR untersuchten (äußeren) Einflussgrößen in der Reihenfolge Einwalken – Vorschädigung – NaCl-Einwirkung zu. Die durchgeführten Löseversuche zeigten eindeutig, dass durch die Anwesenheit von NaCl mehr Si aus der Gesteinskörnung gelöst wird, wodurch sich die AKR-beschleunigende Wirkung des NaCls genauer erklären lässt. Die für zwei Gesteinskörnungen (Granodiorit, Rhyolith) ermittelten Löseraten wurden für die Modellierung (Teilprojekt 3) der AKR herangezogen, wobei sich zeigte, dass offenbar nicht (wie zunächst angenommen) die SiO2-Löserate der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei einer AKR ist, sondern wahrscheinlich Transportprozesse. Quelldruckmessungen an synthetisch hergestellten AKR-Gelen ergaben insgesamt nur geringe Quelldrücke, wobei sich die im Vergleich höchsten Werte von ca. 2 N/mm² für ein alkalireiches Gel ergaben. Wie sich weiter zeigte, ist für die Höhe des Quelldrucks aber nicht allein die Zusammensetzung und Struktur des Gels verantwortlich, sondern auch dessen Wassergehalt zum Beginn der Quelldruckmessung. Insgesamt ergab sich daraus die Frage, ob für den Aufbau gefügezerstörender Drücke im Gesteinskorn bzw. Beton tatsächlich allein die AKR-Gele verantwortlich sind. Dieser Frage soll in einem neuen Forschungsprojekt weiter nachgegangen werden. Orientierend konnten erstmals thermodynamische Daten für ein ausgewähltes, synthetisch hergestelltes AKR-Gel bestimmt werden, wobei noch Unsicherheiten bezüglich der Phasenreinheit der verwendeten Proben bestehen. Es ergaben sich außerdem Hinweise darauf, dass AKR-Gele als kolloidale Systeme verstanden werden können, für die eine klassische thermodynamische Herangehensweise nicht ausreichend ist. Dem soll in zukünftigen Projekten weiter nachgegangen werden. Mit der Entwicklung einer bildanalytischen, weitgehend automatischen Erfassung von Rissen in Betondünnschliffen eröffnete sich die Möglichkeit der quantitativen Bestimmung des Schädigungsgrades von Betonen. Mit dem neu definierten Kennwert, der sog. Rissdichte, lässt sich der Schädigungsgrad verschiedener Betone auch bei unterschiedlicher Dünnschliffgröße direkt miteinander vergleichen. Ein Grenzwert für die Rissdichte kann bislang noch nicht angegeben werden. Eine weitere Automatisierung und Optimierung des Verfahrens soll zukünftig eine objektive Rissquantifizierung am Dünnschliff ermöglichen.
Publications
- AKR unter kombinierten Einwirkungen – Vorgänge im Gesteinskorn. 19. Internationale Baustofftagung (ibausil), Weimar, Tagungsbericht, Band 1 (2015), S. 1445-1452
Giebson, C., Dietsch, S., Seyfarth, K., Ludwig, H.M.
- Untersuchungen zur Alkali-Kieselsäure-Reaktion in vorgeschädigten Fahrbahndeckenbetonen. Beton- und Stahlbetonbau 110, Heft 1 (2015), S. 13-21
Giebson, C., Voland, K., Ludwig, H.M., Meng, B.
(See online at https://doi.org/10.1002/best.201400094) - Influence of sodium chloride on ASR in highway pavement concrete. In: Bernardes, H., Hasparyk, N.P. (eds.): Proceedings of the 15 th ICAAR, São Paulo, Brazil (2016), 10 pp.
Giebson, C., Seyfarth, K., Ludwig, H.M.
- Alkali-silica reaction performance testing of concrete considering external alkalis and preexisting microcracks. Structural Concrete 18 (2017), pp. 528-538
Giebson, C., Voland, K., Ludwig, H.M., Meng, B.
(See online at https://doi.org/10.1002/suco.201600173)
