Die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken stellt eine der wichtigsten
Herausforderung im Bausektor dar. Ein Drittel bis die Hälfte der jährlichen
Unterhaltsinvestitionen werden hierfür aufgebracht. Das Fehlen von Daten aus
Feldstudien zur Dauerhaftigkeit von Beton, insbesondere zum Einfluss von
Sulfat-Ionen („Sulfatangriff“) erschwert die Ausarbeitung von geeigneten Tests
und die Festlegung von Leistungskriterien. Außerdem werden immer mehr
Portlandkompositzement-Mischungen (Zement mit Mineralzusatzstoff) eingesetzt,
jedoch gibt es keine fundierten langfristigen Erkenntnisse über deren
Eigenschaften. Die meisten Ergebnisse zum Sulfatwiderstand kommen aus
beschleunigten Labortests. Die Leistungskriterien dieser Test basieren jedoch
nur auf makroskopischen Eigenschaften, besonders hinsichtlich Expansion.
Um diese Lücken zu schließen und die Sulfatangriffmechanismen in realen
Bedingungen besser zu verstehen, wurde eine parallele Studie an
Labor-Mikro-Betonen und an Feldbetonen durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei
auf mikrostrukturalen Änderungen, zusätzlich zur klassischen makroskopischen
Charakterisierung.
Vier Expositionssysteme wurden im Labor erarbeitet: völliges Eintauchen
(herkömmliches Verfahren, „Ponding“), pH-Überwachung, halbes Eintauchen und
Nass/trocken-Zyklen. Die Expositionen wurden bei reinen
Portlandzementmischungen sowie bei Hochofenzementen mit hohem Schlackeanteil
(70 M.-%) angewandt. Die Versuche zeigten, dass es einen direkten Einfluss auf
den Schädigungsvorgang gibt. Bei völligem Eintauchen folgte der
Schädigungsprozess einem dreistufigen Verhalten, das gekennzeichnet ist durch
eine erste Induktionsperiode, gefolgt durch eine Oberflächenschädigung, welche
sich letztlich bis in den Kern des Materials ausdehnt. Es konnte gezeigt
werden, dass der Wasser-Zementwert keinen großen Einfluss auf die ionischen
Transportphänomene hat, aber den mechanischen Widerstand der Mikrostruktur
gegenüber im Material vorhandenen lokalen Spannungen beeinflusst. Die
Hochofenzemente, welche bei völligem Eintauchen als sulfatbeständig anzusehen
sind, geben ein vermindertes Leistungsvermögen bei Nass/trocken-Zyklen, dem ein
geringer Eigenwiderstand der Hydratphasen beim Trocknen zuzuschreiben ist. Die
Beobachtung der Feldproben zielen darauf, die Laborergebnisse zu bekräftigen
und die vorgelegten Versuchsparameter zu bestätigen.
Es wurde deutlich, dass sich eine direkte Beziehung zwischen der Schädigung
(z.B. Rissbildung/Expansion) und des Phasenvergesellschaftung nicht unmittelbar
feststellen lässt. Die Studie zeigt weiterhin, dass die Schwefeladsorption
sowohl in den Hydratphasen des Zements (e. g.; C-S-H Phase) als auch in der
Schlacke zu Beginn der Expansion eine Rolle spielt. Die Ursache ist eine
Expansion der Hydratphasen oder die Ausfällung feinster Ettringitkristalle bei
Erreichen der Schwefelsättigung in den C-S-H Phasen.
Dissertation Dr. Sc. Aude Chabrelie (PDF, 23 MB)