Untersuchungen zum kolloidosmotischen Druck von AKR-Produkten

• Antragsteller: Dr.-Ing. Colin Giebson
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448034144

Bei der AKR im Beton bilden sich Produkte mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Erscheinung. Während die chemischen Grundlagen der AKR weitgehend aufgeklärt sind, ist der eigentliche Dehnungsvorgang noch nicht ausreichend verstanden worden. Die Ergebnisse aus dem Vorgängerprojekt leisten dazu einen entscheidenden Beitrag und können wie folgt zusammengefasst werden: 1. Ca-freie AKR-Produkte enthalten frei bewegliche, kolloidale Partikel mit einer Größe zwischen 50-600 nm. 2. Die kolloidalen Partikel können keine Poren passieren, die kleiner sind als sie selbst. Dadurch entstehen semipermeable Bedingungen die zum Donnan-Effekt und zur Osmose führen. 3. Mit steigender Si-Konzentration in den AKR-Produkten nehmen die Partikelkonzentration und damit das osmotische Potential zu. 4. Unter Ca-Zugabe werden die Partikel irreversibel miteinander verknüpft, wodurch sie ihre osmotische Aktivität verlieren. Mit der Zeit bilden sich kristalline Phasen. 5. Auf Grundlage der kolloidalen Natur der AKR-Produkte kann die AKR-bedingte Dehnung betroffener Betone erklärt werden. Es hat sich bestätigt, dass AKR-Produkte als kolloidale Systeme aufgefasst werden können. Damit ergibt sich ein neuer Ansatz bei der Aufklärung AKR-bedingter Dehnungen im Beton. Mit der Fortsetzung des Projekts sollen dazu weiterführend 2 Ziele verfolgt werden: 1. Mit Untersuchungen zum kolloidosmotischen Druck von AKR-Produkten soll geklärt werden, wie hoch die osmotischen Drücke von AKR-Produkten in Abhängigkeit von deren Si- und Ca-Konzentration werden können. Dabei soll auch der Einfluss der verwendeten Membran (Material, Porengröße) berücksichtigt werden. Anhand der ermittelten Drücke soll vor allem beurteilt werden, ob sich damit die AKR-bedingte Betonschädigung erklären lässt und ob zwischen der Si-Konzentration im AKR-Produkt und der Höhe des osmotischen Drucks ein exponentieller Zusammenhang besteht. Dabei ist von zentraler Bedeutung, dass die Partikelkonzentration in den AKR-Produkten noch genauer gemessen wird. 2. Mit Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der AKR-Produktbildung soll geklärt werden, ob sich die Bildung der AKR-Produkte basierend auf dem Donnan-Effekt experimentell nachvollziehen lässt. Zudem soll mit bereits vorhandenen SiO2-Lösedaten für eine bekannte, alkalireaktive Gesteinskörnung aus einem früheren DFG-Projekt ermittelt werden, wie lange es im Beton dauert, bis eine kritische Si- bzw. Partikelkonzentration erreicht wird. Mit den Ergebnissen soll das im Projekt entwickelte Modell quantifiziert (Messung osmotischer Drücke), verifiziert (Nachweis Donnan-Effekt) und im Detail mit Hilfe zahlreicher Begleituntersuchungen weiter unterlegt werden. Dies kann später dabei helfen neue Wege bei der AKR-Vermeidung zu beschreiten und ein neues, korrektes AKR-Modell zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Messgerät zur Nanopartikel-Tracking-Analyse
• Gerätegruppe: 1950 Partikelzählgeräte und -klassiergeräte (optisch, elektronisch, außer 35