Untersuchungen zum Einfluss alkalihaltiger Taumittel auf die Alkali-Kieselsäure-Reaktion und den Phasenbestand von Zementstein

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jochen Stark
• Subject Area: Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
• Term: from 2009 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 129600447

Fahrbahndecken aus Beton haben sich durch eine Vielzahl von Vorteilen, wie die hoheVerformungsstabilität, Temperaturunempfindlichkeit, Verkehrssicherheit undWirtschaftlichkeit seit langem bewährt. Aber immer wieder kommt es bereits vor Ablauf derregulären Nutzungsdauer von ca. 30 Jahren zu Schäden unter Mitwirkung oder infolge einerAKR, wobei das Taumittel Natriumchlorid als „externe Alkaliquelle“ eine entscheidende Rollespielt. Gegenwärtig sind von einer AKR besonders Autobahnabschnitte in Mitteldeutschlandbetroffen, so u.a. Abschnitte der BAB A 9, A 10 und A 14, die alle Anfang der 1990er Jahregebaut wurden. Ähnlich ist die Situation im angrenzenden Hessen mit AKR-Schäden aufAbschnitten der BAB A 5, A 6 und A 67. Da erst im Jahr 2005 verschärfte Regelungen (ARS15/2005) für den Neubau von Fahrbahndecken getroffen wurden muss damit gerechnet werden,dass auch zukünftig weitere Streckenabschnitte von einer AKR betroffen sein werden. Durchdie jetzt besseren Prüfverfahren und neuen Regelungen können Schäden in der Zukunft zwarbesser vermieden, aber nicht vollständig ausgeschlossen werden, denn die Mechanismen beimAblauf einer AKR unter Einwirkung von NaCl sind noch nicht ausreichend geklärt. EinHauptziel des Forschungsvorhabens ist daher die Klärung der ablaufenden Mechanismen einerAKR unter Einwirkung von NaCl. Schwerpunkt der Untersuchungen ist es dabei, anhandexperimenteller Untersuchungen und thermodynamischer Berechnungen chemischeReaktionswege aufzuzeigen und ein möglichst ganzheitliches Reaktionsmodell abzuleiten.Nach aktuellen Angaben der Arbeitsgemeinschaft Deutscher Verkehrsflughäfen bleibt derLuftverkehr trotz der hohen Ölpreise und der schwächelnden Konjunktur weiterhinWachstumsbranche. Deutschland gilbt als wichtigste Luftverkehrsdrehscheibe Europas, wieaktuelle Passagier- und Frachtzahlen belegen. Auch in den kommenden Jahren wirdinsgesamt ein Anstieg der Passagierzahlen auf deutschen Flughäfen von jährlich vier bis fünfProzent prognostiziert. Grundlage für solche Entwicklungen sind u.a. auch intakte und sichereFlugbetriesflächen mit langer Nutzungsdauer. Beton kann diese Anforderungen erfüllen, jedochkam es nach der Einführung neuer Taumittel auf Basis der Alkaliacetate und –fomiate weltweitverstärkt zu Schäden an Flugbetriebsflächen infolge AKR. Es zeigte sich, dass durch den Einsatzdieser Taumittel eine besonders hohe AKR-Gefahr für Betone besteht, die reaktive bzw.potentiell reaktive Gesteinskörnungen enthalten. Selbst die Verwendung von NA-Zementenstellt in diesen Fällen keine ausreichende Sicherheit mehr dar. Erklärungen dafür konnten erstdurch das Verständnis zu den ablaufenden Mechanismen gegeben werden. Mit der FIBKlimawechsellagerungals Performance-Prüfung konnte gezeigt werden, dass unter Beachtungder Randbedingungen auch in diesen Fällen dauerhafte Betone hergestellt werden können. Esgibt jedoch Hinweise dafür, dass es unabhängig vom möglichen Ablauf einer AKR auch zuVeränderungen im Phasenbestand des Zementsteins kommt. Ob dadurch die Dauerhaftigkeitvon Beton gefährdet werden kann, ist bislang völlig unbekannt und soll zur Gewährleistung vonsicheren und intakten Flugbetriebsflächen weiter untersucht werden. Ein Kernziel desForschungsvorhabens ist daher die Beantwortung der Frage, zu welchen Veränderungen es imPhasenbestand von Zementstein bei Einwirkung dieser Taumittel kommen kann, ob die C-SH-Phasen betroffen sind und ob dadurch die Dauerhaftigkeit des Betons gefährdet werdenkann.

• DFG Programme: Research Grants