Betonprüfungen zur Beurteilung einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion: Auswirkung der klimatischen Bedingungen auf die Übertragbarkeit von Prüfergebnissen

Bokern, Jürgen

doi:10.24355/dbbs.084-200811070100-1

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Betonprüfungen zur Beurteilung einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion : Auswirkung der klimatischen Bedingungen auf die Übertragbarkeit von Prüfergebnissen

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Die Arbeit befasst sich mit der Beobachtung, dass Beton mit alkaliempfindlicher Gesteinskörnung und Zement mit weiteren Hauptbestandteilen dazu neigt, in gängigen Laborprüfverfahren nicht zu Gefügeschäden infolge einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion zu führen, obwohl diese unter praxisrelevanten Bedingungen auftreten. Die Ursachen und Wechselwirkungen für dieses diskrepante Betonverhalten werden anhand eines Testprogramms getrennt nach Induktions- und Schädigungsphase erarbeitet. Dabei werden die Betonprüfungen in der 40 °C-Nebelkammerlager gemäß Alkali-Richtlinie des DAfStb, Teil 3, und bei 60 °C über Wasser gemäß NF P 18454 mit einer simulierten Außenlagerung verglichen. Für die Induktionsphase wird deutlich, dass die Feuchtebedingungen während einer Nebelkammerlagerung zu einer z.T. extremen Abminderung der Alkalikonzentration der Porenlösung infolge Wasseraufnahme und Auslaugung der Probekörper führen können. Darüber hinaus wird durch die erhöhte Temperatur während der Laborprüfungen vor allem die Reaktion puzzolanischer Hauptbestandteile im Zement beschleunigt; dies führt gegenüber praktischen Verhältnissen zu einer verfrühten Reduzierung der Alkalität der Porenlösung sowie des verfügbaren Calciumhydroxidanteils und der Kapillarporosität im Zementstein. Durch diese Phänomene können die Voraussetzungen für das Auftreten einer AKR während der Laborprüfung weniger gegeben sein als unter praktischen Bedingungen. Für die Schädigungsphase wird gezeigt, dass neben der Volumenzunahme durch das Reaktionsprodukt auch dessen Viskosität den Schädigungsgrad eines Betons infolge AKR mitbestimmt. Mit zunehmender Wasseraufnahme durch das Reaktionsprodukt wird dadurch der Schädigungsgrad kleiner. Eine erhöhte Lagerungstemperatur und Alkalität im Beton vergrößern diesen Einfluss, der Schädigungsgrad wird dabei zunehmend geringer. Dies kann dazu beitragen, dass eine schädigende AKR falsch eingeschätzt wird. Abschließend werden Vorschläge zur Verbesserung der Prüfverfahren gemacht.

The document deals with the observation that concrete composed of alkali-reactive aggregates and cements with further main constituents tends to show structural damage due to an alkali-silica reaction (ASR) in established laboratory tests but not under real conditions. The causes and interactions for the discrepant concrete behaviour are worked out by a test programme, which main parts are dedicated to the induction and damaging phase of the deterioration, respectively. The storage in the 40 °C fog chamber in accordance with the German Alkali Guideline, part 3, and at 60 °C above water according to NF P 18454 are compared with a simulated external storage in this respect. For the induction phase it becomes clear that extreme humid conditions in the fog chamber can lead to a partly extreme reduction of the alkali concentration of the pore solution due to water absorption and leaching of the test specimens. Beyond that an increased temperature during the laboratory tests especially accelerates the reaction of pozzolanic materials in cement. This leads in relation to practical conditions to a prematurely occurring reduction of pore solution alkalinity as well as the available calcium hydroxide portion and capillary porosity in the hardened cement paste. Thus, pre-conditions for the occurrence of deleterious ASR can be less given during laboratory tests than under practical conditions. For the damaging phase it is shown that apart from the volume increase of the reaction product also its viscosity determines the degree of concrete damage due to ASR. With increasing water absorption by the reaction product thereby the degree of damage becomes smaller. Moreover, an increased storage temperature and alkalinity in the concrete extends this influence, the degree of damage becomes increasingly smaller thereby. This can contribute to the fact that a damaging ASR is wrongly assessed. Finally proposals to the improvement of testing methods are made.