Grundlagen des Betonsäurewiderstands - Einfluss der korrodierten Schicht
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wenn erhärtete Bindemittel aus Portlandzement mit aluminiumhaltigen Zusatzstoffen durch Säure angegriffen werden, werden Zonen mit unterschiedlichem Gefüge gebildet: a) In Oberflächennähe bildet sich eine optisch sichtbare poröse korrodierte Schicht mit geringer Festigkeit aus amorphem Aluminosilikagel mit einer tetraedrischen Struktur. Je nach pH-Wert der Säure enthält diese Schicht Aluminium- und Eisen(III)hydroxid. Das Aluminosilikagel wird schon bei einem pH-Wert von 5,5 gebildet und vernetzt sich nach gleicher Angriffszeit bei kleineren pH-Werten zunehmend. b) Eine Übergangszone entsteht zwischen der korrodierten Schicht und dem unbeschädigten Material. Hier geht Portlandit in Lösung und Calcium wird aus den C-A-S-H-Phasen gelöst, ohne deren Polymerstruktur zu zerstören. Auf Grund der Entkalzifizierung nimmt die Kettenlänge von ca. 3,6 bis 22 Tetraeder zu und die Festigkeit wird geringer. Beton wird von Säuren in Tiefen, die weit über die sichtbarere Korrosionsschicht hinausgehen, angegriffen. Die Umwandlung der C-A-S-H-Phasen in das Aluminosilikagel findet in einem schmalen Bereich der Übergangszone an der Grenze zur korrodierten Schicht statt, in welchem sich die C-A-S-H- Polymere vernetzen bis die Gelstruktur entsteht. Die Dicke und Zusammensetzung der korrodierten Schicht und der Übergangszone werden vom Säureanion bestimmt. Mit HCl wird die Übergangszone dicker und dort Monosulfat in das Friedelsche Salz umgewandelt. Mit H2SO4 wird die Dicke der Übergangszone dünner, weil die Fällung von Gips die Diffusion der Säure verhindert. Bei Essig- und Zitronensäure bestimmt die Konzentration der Säure (in der Pufferlösung) und die Löslichkeit des Calciumsalzes die Stärke des Angriffs. Mit Zitronensäure wird allerdings das Aluminosilikatgel in der korrodierten Schicht durch die expansive Bildung von Calciumzitrat auf- und abgelöst, so dass im Gegensatz zu H2SO4 die Fällung des Calciumsalzes die Korrosionsgeschwindigkeit nicht vermindert. Obwohl aluminiumhaltige Zusatzstoffe die Festigkeit der korrodierten Schicht wenig beeinflussen, können sie die Festigkeit der Übergangszone erheblich erhöhen. Auf Grund des höheren Aluminiumgehalts des Bindemittels entstehen längere C-A-S-H-Ketten durch Aluminiumeinbau, die dann in der Übergangszone stärker durch Querverbindungen vernetzt werden. Mit HCl wird mehr Friedelsches Salz gebildet. Wenn Portlandzement durch Metakaolin ersetzt wird, wird der pH-Verlauf über die Tiefe des erhärteten Bindemittels steiler, weil das Gefüge der Übergangszone dichter ist (puzzolanische Reaktion) und/oder Aluminium in C-A-S-H die Korrosionsreaktion bremst. Dadurch wird die Übergangszone kleiner and die Korrosionsreaktion beschränken sich mehr auf einen Oberflächenbereich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Acid attack on concrete- structure of the corroded surface layer; 1st Internat. Conf. on the Chemistry of Construction Materials, Berlin, 2013, pp. 363-366
T. Gutberlet, H. Hilbig, R.E. Beddoe
- Composition of Hardened Cement Paste after Exposure to Acids with LA-ICP-MS; European Workshop on Laser Ablation, London, 2014
S. Schwindl, M. Rommel, T. Gutberlet, R. E. Beddoe, H. Hilbig
- Untersuchung von säuregelagerten Zementsteinproben mit LA-ICP-MS; GDCh Tagung Bauchemie, Kassel, 2014, S. 45-48
S. Schwindl, M. Rommel, T. Gutberlet, R. E. Beddoe, H. Hilbig
- Acid attack on hydrated cement - Effect of mineral acids on the degradation process, Cem. Concr. Res., 74 (2015) 35-43
T. Gutberlet, H. Hilbig, R.E. Beddoe
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.03.011) - Einfluss aluminiumhaltiger Zusatzstoffe auf die Struktur und Festigkeit der korrodierten Schicht von Beton beim Säureangriff, ibausil 2015, 2, 25-32
Hilbig, H., Löhr, E., Gutberlet, T., Beddoe, R.E.
- Comparative analysis of biogenic and chemical sulfuric acid attack on hardened cement paste using Laserablation-ICP-MS, Cem. Concr. Res. 87 (2016) 14-21
B. Huber, H. Hilbig, M.M. Mago, J.E. Drewes, E. Müller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2016.05.003)
