Betonprüfungen zur Beurteilung einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion: Auswirkungen der klimatischen Bedingungen auf die Übertragbarkeit von Prüfergebnissen
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Düsseldorf
Bau + Technik
2009
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| adam_text | Titel: Betonprüfungen zur Beurteilung einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion
Autor: Bokern, Jürgen
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Problemstellung und Ziel der Arbeit 1
1.2 Inhaltliche Übersicht 3
2 Stand der Kenntnisse 4
2.1 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) 4
2.1.1 Oberblick 4
2.1.2 Alkaliempfindliche Gesteinskömungen 6
2.1.3 Wirksamer Alkaligehalt 6
2.1.4 Ablauf einer schädigenden AKR 7
2.1.4.1 Abgrenzung der Teilprozesse 7
2.1.4.2 Chemische Reaktionen 8
2.1.4.3 Schädigungsmechanismus 11
2.1.4.4 Rissausbildung in Abhängigkeit von der Gesteinskörnung 12
2.1.5 Modellsysteme 14
2.1.5.1 Borsilicatglas zur Simulation der Gesteinskörnung 14
2.1.5.2 Wasserglas zur Simulation des Reaktionsprodukts einer AKR 14
2.2 Einflüsse auf eine schädigende AKR 17
2.2.1 Gesteinskörnung 17
2.2.1.1 Reaktivität 17
2.2.1.2 Anteil am Korngemisch (Pessimum) 17
2.2.1.3 Bruchflächigkeit 18
2.2.1.4 Porosität 18
2.2.2 Betonzusammensetzung 19
2.2.2.1 w/z-Wert 19
2.2.2.2 Alkaligehalt im Beton 19
2.2.2.3 Luftgehalt 19
2.2.3 Umgebungsbedingungen 19
2.2.3.1 Temperatur 19
2.2.3.2 Relative Luftfeuchte im Beton 20
2.2.3.3 Alkalizufuhr von außen 21
2.3 Auswirkung weiterer Hauptbestandteile im Zement 23
2.3.1 Allgemeines zur Vermeidung einer AKR 23
2.3.2 Einfluss auf die Alkalität der Porenlösung 24
2.3.2.1 Allgemeines 24
2.3.2.2 Hüttensand 24
2.3.2.3 Flugasche 24
2.3.2.4 Silikastaub 25
2.3.2.5 Bindungskapazität und -Stabilität 25
2.3.3 Einfluss auf weitere schädigungswirksame Parameter 26
2.3.3.1 Ableitung der Parameter 26
2.3.3.2 Alkalidiffusion und Wasserpermeabilität 26
2.3.3.3 Calciumhydroxidgehalt in der Kontaktzone 27
2.3.3.4 Einfluss der Lagerungstemperatur 28
2.4 Prüfverfahren 30
2.4.1 Bedeutung und Anforderungen 30
2.4.2 Prüfung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskömungen 31
2.4.2.1 Petrographische Beurteilung 31
2.4.2.2 Chemische Untersuchungsmethoden 32
2.4.2.3 Mörtelprüfungen 32
2.4.2.4 Betonprüfungen 34
2.4.3 Prüfung der Wirksamkeit von Zementen zur Vermeidung einer AKR 36
2.4.4 Performance-Prüfung am Beton 38
2.4.5 Betonprüfverfahren — Übertragbarkeit der Ergebnisse 39
2.4.5.1 Internationale Erfahrungen 39
2.4.5.2 Erfahrungen des FIZ 41
2.5 Diskussion und Schlussfolgerungen 45
3 Versuchsdurchführung 47
3.1 Übersicht 47
3.2 Untersuchungen zur Induktionsphase einer AKR 49
3.2.1 Ausgangsstoffe 49
3.2.1.1 Zement 49
3.2.1.2 Gesteinskörnungen 50
3.2.1.3 Zugabewasser 51
3.2.2 Zusammensetzung der Betone und Zementleime 51
3.2.3 Herstellung und Lagerung 51
3.2.3.1 Herstellung der Betonproben 51
3.2.3.2 Lagerung der Betonproben 52
3.2.3.3 Herstellung der Zementleime und Lagerung der Zementsteinproben 53
3.2.4 Probenpräparation und Untersuchungsmethoden 54
3.2.4.1 Frischbetoneigenschaften 54
3.2.4.2 Festbetonrohdichte und -festigkeit 54
3.2.4.3 Wasseraufnahme/-abgabe des Betons 54
3.2.4.4 Auslaugung der Betonprobekörper 54
3.2.4.5 Gewinnung der Porenlösung 55
3.2.4.6 Chemische Analysen 55
3.2.4.7 Abstoppen der Hydratation 56
3.2.4.8 Simultane Thermoanalyse 56
3.2.4.9 Quecksilberdruckporosimetrie 57
3.2.4.10 Dehnung von Betonprismen 58
3.3 Untersuchungen zur Schädigungsphase einer AKR 58
3.3.1 Ausgangsstoffe 58
3.3.1.1 Zement 58
3.3.1.2 Sand 59
3.3.1.3 Wasser 59
3.3.1.4 Wassergläser 59
3.3.1.5 Calciumhydroxid (CH) 59
3.3.2 Probenpräparation 59
3.3.2.1 Herstellung der Gemische aus Wasserglas und CH 59
3.3.2.2 Zusammensetzung und Herstellung der Mörtelprismen 59
3.3.3 Lagerung 60
3.3.4 Umfang der Mörtelprismentests 61
3.3.5 Untersuchungsmethoden und—verfahren 62
3.3.5.1 Korngrößenverteilung 62
3.3.5.2 Wasseraufnahme 62
3.3.5.3 Dehnung 62
3.3.5.4 Augenscheinliche Beurteilung 62
3.3.5.5 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen 62
4 Darstellung der Ergebnisse 63
4.1 Allgemeine Betoneigenschaften 63
4.1.1 Frischbeton 63
4.1.2 Festbeton 63
4.2 Induktionsphase — Auswirkung der Feuchtebelastung 63
4.2.1 Voruntersuchungen 63
4.2.2 Zur Auswertung berechnete Größen 64
4.2.2.1 Wasseraufnahme 64
4.2.2.2 Verdünnung der Porenlösung VPL 65
4.2.2.3 Ausgelaugte Kaliummenge Ktum 65
4.2.2.4 Potentiell wirksamer Kaliumanteil KpoI 66
4.2.3 Verdünnung der Porenlösung durch Wasseraufnahme 66
4.2.3.1 Einfluss der Lagerung 66
4.2.3.2 Einfluss der Probekörpergröße 67
4.2.3.3 Einfluss der Zementart 68
4.2.3.4 Einfluss des w/z-Werts 69
4.2.3.5 Einfluss weiterer betontechnologischer Parameter 70
4.2.4 Reduzierung des wirksamen Kaliumanteils durch Auslaugung 71
4.2.4.1 Einfluss der Lagerung am 10-cm Würfel 71
4.2.4.2 Einfluss der Probekörpergröße 72
4.2.4.3 Einfluss des Zementgehalts 73
4.2.4.4 Einfluss des Alkaligehalts im Zement 74
4.2.4.5 Einfluss der Zementart 75
4.2.4.6 Einfluss des w/z-Werts 76
4.2.4.7 Einfluss der Sieblinie 77
4.2.5 Verifizierung der Ergebnisse anhand von Porenlösungsanalysen 77
4.2.5.1 Qualitative Verifizierung 77
4.2.5.2 Quantitative Verifizierung 80
4.2.6 Verhältnisse bei Prüfung gemäß Prüfvorschrift 80
4.2.7 Zusammenfassung 82
4.3 Induktionsphase - Auswirkung der Temperatur 84
4.3.1 Verschiebungen in der Abfolge der Einzelreaktionen 84
4.3.1.1 Allgemeines 84
4.3.1.2 Feststellung des Reaktionsbeginns 85
4.3.1.2.1 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (tAKR) 85
4.3.1.2.2 Reaktion weiterer Hauptbestandteile (tHB) 86
4.3.1.3 Referenzbeton und-zementstein 87
4.3.1.4 AKR mit silifiziertem Kalkstein und Hornstein (SKH) 88
4.3.1.5 AKR mit Opalsandstein und Flint (OF) 91
4.3.1.6 Reaktion weiterer Zementhauptbestandteile 91
4.3.1.7 Abfolge der Einzelreaktionen 92
4.3.2 Abnahme der Alkalikonzentration und des CH-Anteils 93
4.3.2.1 Allgemeines 93
4.3.2.2 CEMII/A-V 94
4.3.2.3 CEMII/A-D 94
4.3.2.4 CEM II/A-S 95
4.3.3 Abnahme des transportwirksamen Kapillarporenanteils 96
4.3.4 Verringerung des pH-Werts der Porenlösung 98
4.3.5 Zusammenfassung 99
4.4 Überlagerung von Feuchte-und Temperatureinfluss 101
4.5 Schädigungsphase - Aufbau von Quelldrücken 103
4.5.1 Modellvorstellung und Einflussparameter 103
4.5.2 Wasseraufnahme wasserfreier, gemahlener Alkalisilicate 104
4.5.2.1 Voruntersuchung - Korngrößenverteilung 104
4.5.2.2 Abhängigkeit vom Verhältnis SiO2/M2O 104
4.5.2.3 Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte 105
4.5.2.4 Abhängigkeit von der Temperatur 106
4.5.3 Modellversuche zum Aufbau von Quelldrücken 108
4.5.3.1 Vorbemerkungen zur Auswertung 108
4.5.3.1.1 Dehnung und augenscheinliche Beurteilung 108
4.5.3.1.2 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen 108
4.5.3.2 Verhalten der Stückenwassergläser 109
4.5.3.3 Einfluss der Feuchtebedingungen 112
4.5.3.4 Einfluss der Lagerungstemperatur 113
4.5.3.5 Einfluss des Alkaligehalts im Stückenwasserglas 115
4.5.3.6 Einfluss frei verfügbaren Calciumhydroxids 116
4.5.4 Zusammenfassung 120
4.5.5 Modellbildung zur Beschreibung des Schädigungsgrads 122
5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 125
5.1 Ablauf einer schädigenden AKR 125
5.1.1 Erkenntnisse 125
5.1.2 Schlussfolgerungen für die Praxis 127
5.1.2.1 Vermeidung einer schädigenden AKR 127
5.1.2.2 Entwicklung von NA-Zementen 127
5.1.2.3 Verhalten alkaliempfindlicher Gesteinskörnungen 127
5.2 Prüfung von Beton mit CEM I-Zement 128
5.2.1 Simulierte Außenlagerung (SAL) - FIZ Außenlagerung 128
5.2.1.1 Auswirkung der Umgebungsbedingungen auf eine AKR 128
5.2.1.2 Schlussfolgerungen für die Praxis 129
5.2.2 40 °C-Nebelkammerlagerung 130
5.2.2.1 Auswirkung derPrüfbedingungen auf eine AKR 130
5.2.2.2 Schlussfolgerungen für die Praxis 130
5.2.3 Lagerung bei 60 °C über Wasser 132
5.2.3.1 Auswirkung der Prüfbedingungen auf eine AKR 132
5.2.3.2 Schlussfolgerungen für die Praxis 132
5.3 Prüfung von Beton mit CEM Il/A-Zementen 133
5.3.1 Auswirkung der Prüfbedingungen auf eine AKR 133
5.3.2 Schlussfolgerungen für die Praxis 136
6 Resümee und Ausblick 136
7 Literaturverzeichnis 13g
Anhang A Tabellen 156
Anhang B Bilder 180
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| spelling | Bokern, Jürgen 1971- Verfasser (DE-588)136657907 aut Betonprüfungen zur Beurteilung einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion Auswirkungen der klimatischen Bedingungen auf die Übertragbarkeit von Prüfergebnissen Jürgen Bokern Düsseldorf Bau + Technik 2009 202 S. graph. Darst. 21 cm txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Schriftenreihe der Zementindustrie 74 Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2008 Betonprüfung (DE-588)4144994-0 gnd rswk-swf Alkali-Kieselsäure-Reaktion (DE-588)7684670-2 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Betonprüfung (DE-588)4144994-0 s Alkali-Kieselsäure-Reaktion (DE-588)7684670-2 s DE-604 Schriftenreihe der Zementindustrie 74 (DE-604)BV001901033 74 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=018653901&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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