Externer Alkalieintrag in mechanisch/thermisch vorgeschädigtes Betongefüge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Breitenbücher
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 165295427

Im überwiegend experimentell orientierten Teilprojekt TP 1 werden die Degradation des Betons infolge zyklischer Belastung und deren Auswirkung auf die Transportmechanismen von extern zugeführten Alkalien in das Betongefüge untersucht. Bezüglich der Degradation infolge Überlagerung realistischer zyklischer Zwangs- und Verkehrsbeanspruchung in Betonfahrbahndecken werden großformatige Balken mit unterschiedlichen Lastniveaus, Lastkollektiven und Lastzyklen vorgeschädigt. Die Änderungen im Mikrogefüge werden nach definierten Zyklen durch Messung der Ultraschalllaufzeiten an der Biegezugseite der Balken erfasst. Nach Abschluss der zyklischen Beanspruchung werden an Dünn-schliffproben aus dem zugbeanspruchten Bereich der Balken die Rissparameter Risslänge, -breite und -anzahl bestimmt. Über diese Parameter wird der Grad der Vorschädigung quantifiziert und die Degradation charakterisiert, mit denen die entsprechenden numerischen Modelle (aus TP3) validiert werden. Die sich bei den hier vorliegenden Spannungen einstellende Degradation führt i. A. nicht zu einem Ermüdungsversagen des Betons, wohl aber wirkt sie sich maßgeblich auf die Transportmechanismen von z.B. Feuchtigkeit und externen Alkalien in das Betongefüge aus. Das Eindringverhalten von flüssigen Medien wird im Teilprojekt TP1 an definiert vorgeschädigten Proben sowohl unter Druck als auch kapillar erfasst. So kann in Abhängigkeit des Grads der Vorschädigung deren Auswirkung auf das Eindringen der Flüssigkeiten/Alkalien beschrieben werden, womit wiederum die numerischen Modelle validiert werden. Weiterführend wird auch das Eindringverhalten von AKR-relevanten Na-Ionen mittels einer modifizierten Migrationszelle untersucht. Der Eintrag externer Alkalien durch überrollenden Verkehr wird im Teilprojekt TP1 durch Einwalken erfasst. Hierzu werden sowohl vorgeschädigte als auch ungeschädigte Probekörper bei gleichzeitig aufstehender NaCl-Lösung mit einem belasteten Rad überrollt. Nach den jeweils angestrebten Überrollungen wird die Eindringtiefe der Alkalien ermittelt. So ergibt sich ein direkter Zusammenhang zwischen Grad der Vorschädigung und Eindringtiefe. Abschließend werden daraus entnommene Teilproben AKR-provozierend gelagert, um das AKR-Dehnpotenzial infolge Degradation und extern zugeführten Alkalien zu erfassen. In der 1. Förderperiode lag der Schwerpunkt auf Untersuchungen zur Degradation infolge zyklischer Belastung und dem Eindringverhalten flüssiger Medien. In der 2. Förderperiode werden insbesondere der Eintrag der Alkalien durch Überrollungen und die letztendlich daraus resultierende AKR erfasst. Durch die Bestimmung weiterer Parameter in den Teilprojekten TP4 (3D-CT, LIBS), TP5 (KWL) und TP6 (bruchmechanische Kennwerte) werden die Ergebnisse aus TP 1 sinnvoll und erkenntnissteigend ergänzt. Darüber hinaus werden entsprechende numerische Modelle aus den Teilprojekten TP3 und TP6 mit den in TP1 experimentell gewonnenen Ergebnissen validiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1498: Alkali-Kieselsäure-Reaktionen in Betonbauteilen bei gleichzeitiger zyklischer Beanspruchung und externer Alkalizufuhr