Grafik zur Bewertung und Vermeidung von Betonschäden durch eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion
Quelle: BAM Fachbereich Baustoffe
Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist eine chemische Reaktion im Beton zwischen den alkali-empfindlichen silikatischen Bestandteilen der Gesteinskörnung und den Alkali- und Hydroxidionen der Porenlösung, die mit der Zeit zu Rissen und Abplatzungen führen kann. Der komplexe Schädigungsmechanismus wird bereits seit 80 Jahren international erforscht und eine Vielzahl von Schäden können mittlerweile sicher vermieden werden. Probleme gibt es nach wie vor bei Betonkonstruktionen, bei denen spät und langsam reagierende alkaliempfindliche Gesteinskörnungen verbaut wurden und ungünstige Expositions- und Nutzungsbedingungen (externer Feuchte- und Alkalieintrag, dynamische Beanspruchung durch Verkehr) vorliegen. Vor diesem Hintergrund sind weltweit vor allem Wasser- und Brückenbauwerke sowie Betonfahrbahndecken von diesem Schadensmechanismus betroffen. Der Fokus der Forschung der BAM auf diesem Gebiet liegt seit vielen Jahren vor allem auf den Betonfahrbahndecken.
In der Publikation für die Jubiläumsausgabe der BAM wird die interdisziplinäre und skalenübergreifende Forschung der letzten 20 Jahre auf dem Gebiet der AKR von der Makro- bis zur Mikroebene vorgestellt. Zunächst werden die an der BAM eingesetzten Methoden zur Charakterisierung der AKR-Risiken und Reaktionsprodukte erläutert und in den internationalen Kontext eingeordnet. Dabei werden die Vor- und Nachteile des nur in Deutschland verfolgten Ansatzes der Klassifizierung von Gesteinskörnung aufgezeigt.
Anschließend wird der Mehrwert des Forschungsansatzes durch die Kombination verschiedener, primär zerstörungsfreier Methoden über alle Skalen hinweg anhand von Beispielen aus einer Vielzahl von Forschungsprojekten erläutert. Danach wird ein neuer Versuchsaufbau zur Beurteilung der Reaktivität von Gesteinskörnungen vorgestellt. Weiterhin wird der Einsatz mikroskopischer, spektroskopischer und röntgentechnischer Verfahren, die je nach spezifischer Fragestellung für die Analyse des Mikrogefüges und der Reaktionsprodukte kombiniert werden können, erläutert. Außerdem wird eine Prüfmethodik für die Zustands- und Schadensanalyse bestehender Betonfahrbahndecken mit AKR-Verdacht vorgestellt. Das schließt auch die Ursachenanalyse des visuellen AKR-Schädigungsindikators „Dunkelfärbung der Fahrbahnoberfläche“ und die Analyse des Tausalzeintrags mittels innovativer Prüftechniken ein. Abschließend wird eine neuartige AKR-Vermeidungsstrategie, die auf der Innenhydrophobierung des Fahrbahndeckenbetons basiert, vorgestellt.
A multiscale and multimethod approach to assess and mitigate concrete damage due to alkali-silica reaction
Frank Weise, Julia von Werder, Tanja Manninger, Bärbel Maier, Matthias Fladt, Sebastian Simon, Andre Gardei, Desirée Höhnel, Stephan Pirskawetz, Birgit Meng
veröffentlicht in Advanced Engineering Materials, Band 24, Heft 6, Aufsatznr. 2101346, Seite 1 - 36, 2022
BAM Fachbereich Baustoffe