Variierte Vorlagerungszeiten und deren Auswirkungen auf flugaschehaltige Betone im 40 °C- und 60 °C-Betonversuch

Im abgeschlossenen Forschungsvorhaben VGB-Projekt 329 [1] wurden flugaschehaltige Betone mit Grauwacke mittels 60 °C-Betonversuch gemäß Alkali-Richtlinie [2] geprüft, wobei die Dehnungen in der Prüfung umso geringer ausgefallen sind, je kürzer die Vorlagerungszeit war, woraus wiederum eine falsche Beurteilung der Betone hinsichtlich ihrer Alkaliempfindlichkeit resultiert. Die Ergebnisse daraus zeigen, dass vor der Beanspruchung im Prüfklima (60 °C / 100 % r. F.) eine Vorlagerung von mindestens 28 Tagen notwendig ist, um die Betone zuverlässig einstufen zu können.

Basierend auf diesem Aspekt, wurden in diesem Forschungsvorhaben identisch zusammengesetzte Betone mit Grauwacke mit und ohne Flugasche zwei verschiedenen Lagerungsregimen ausgesetzt, die dem regulärem 60 °C-Betonversuch und einem 60 °C-Betonversuch mit 28-tägiger Vorlagerung entsprachen. An ausgewählten Lagerungszeitpunkten wurden die Porenlösungszusammensetzungen und die Porengrößenverteilung analysiert.

Anhand der Ergebnisse kann nachgewiesen werden, dass durch die Anwendung des regulären 60 °C-Betonversuchs eine praxisferne Entwicklung der Porenlösungszusammensetzung und des Porengefüges stattfindet. Entsprechend erfolgt eine Reduzierung des pH-Wertes und der Kaliumkonzentration in der Porenlösung, wodurch die SiO2-Löslichkeit aus der alkalireaktiven Grauwacke verringert wird. Zusätzlich resultiert aus einer beschleunigten puzzolanischen Reaktion der Flugasche eine wesentliche Abnahme der Kapillarporenanteile im Beton, wodurch ein Transport der AKR-forcierenden Komponenten (v.a. Feuchtigkeit, gelöste Alkalien und Si-Spezies) gemindert wird. Beide Prozesse, die Veränderung der Porenlösungszusammensetzung und der Porengrößenverteilung, wirken der Bildung quellfähiger Alkali-Kieselsäure-Gele entgegen und verursachen demzufolge geringere Dehnungen in flugaschehaltigem Beton infolge einer AKR. Dementgegen bewirkt die Vorlagerung von 28 Tagen, dass eine praxisferne Beschleunigung der puzzolanischen Reaktion nicht einsetzt und ein Teil des AKR-Potentials nicht, durch den Einbau von Alkalien in frühzeitig gebildete C-S-H-Phasen, konsumiert wird. Dadurch steigen, einer praxisüblichen Betonalterung entsprechend, die Alkalikonzentrationen sowie der pH-Wert der Porenlösung an und es bildet sich ein Porengefüge mit höheren Kapillarporenanteilen aus.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens belegen damit, dass durch eine 28-tägige Vorlagerung Prüfartefakte durch eine beschleunigte praxisferne Reaktion der Flugasche vermieden werden und dadurch eine sichere Beurteilung flugaschehaltiger Betonrezepturen auf ihren Widerstand gegenüber einer AKR möglich ist.

Im zweiten Teil des Forschungsvorhabens werden flugaschehaltige Betone mit EIII-OF Material (Kies mit Opalsandstein und Flint) bis zu 3 Jahren in der Nebelkammer (40 °C / 100 r. F.) sowie im Freien gelagert, wobei die Betone vor der Nebelkammerbeanspruchung 1, 28 und 91 Tage vorlagert wurden. Der Hintergrund in dieser Vorgehensweise beruht auf Forschungsergebnissen aus dem abgeschlossenen VGB-Projekt Nr. 300 [3], in dem flugaschehaltigen Betone im Freilager nach 1 bis 2 Jahren Risse am Würfel aufwiesen, wohingegen in der Nebelkammerlagerung keine Schäden festzustellen waren.

Durch Herstellung und Lagerung identisch zusammengesetzter Betone sollte durch die Vorlagerung, eine beschleunigte puzzolanische Reaktion durch eine verfrühte Einlagerung in die Nebelkammer unterbunden werden. Die Untersuchungsergebnisse zeigen jedoch, dass gegenwärtig in allen Betonen mit Flugasche keine Schäden infolge einer AKR durch die Beanspruchung in der Nebelkammer entstanden sind. Demgegenüber treten – analog zum VGB-Projekt Nr. 300 [3] - im Freilager nach mehr als einem Jahr Risse in allen flugaschehaltigen Proben auf. Demnach kann aus den variierten Vorlagerungsarten bisher kein signifikanter Einfluss auf das Expansionsverhalten flugaschehaltiger Betone in der Nebelkammer abgeleitet werden. Durch die weitere Beanspruchung bei 40 °C und 100 % r. F. bis zu 3 Jahren, können zu späteren Lagerungszeitpunkten möglicherweise noch Einflüsse der Vorlagerungszeit auf das Dehnungsverhalten der Betone mit Flugasche abgeleitet werden. Aufgrund einer fehlenden mikroskopischen Schadenscharakterisierung am freigelagerten Beton, ist ein naheliegender Schaden infolge einer AKR zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht definitiv nachweisbar.

[1] Heinz, D., Urbonas, L., Dressler, A., Müllauer W. (2011): Erarbeitung eines Performance-Prüfverfahrens auf Alkali-Kieselsäure Reaktion (AKR) bei Einsatz von Steinkohlenflugasche (SFA) in Beton – Variation von Vorlagerungszeiten und Erarbeitung von Kriterien. VGB-Vorhaben Nr. 329. Forschungsbericht TU München

[2] DAfStb-Richtlinie - Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton (Alkali-Richtlinie). Deutscher Ausschuss für Stahlbeton. Beuth Verlag, Berlin. 2007. p. 46

[3] Heinz, D., Urbonas, L., Dressler, A. (2010): AKR - Vermeidung durch Flugasche - Langzeitlagerung. VGB-Vorhaben Nr. 300. Forschungsbericht TU München

Ansprechpartner:

K. Fischer, M.Sc., Dr.-Ing. L. Urbonas

Förderer:

VGB