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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Erweiterte Untersuchungen zur Alkalitaet von Betonen mit hohen Puzzolangehalten

Die Alkalitaet der Porenloesung von Beton spielt fuer Dauerhaftigkeitseigenschaften, wie zum Beispiel das Korrosionsverhalten des Betonstahls eine entscheidende Rolle. Bei den in der Porenloesung von Zementsteinen normalerweise vorliegenden sehr hohen pH-Werten bildet sich auf der Oberflaeche des Betonstahls eine dichte, lueckenlose Oxidschicht (Passivschicht) aus, die die Korrosion des Stahles praktisch vollstaendig verhindert. Die Zerstoerung der Passivschicht wird als Depassivierung bezeichnet. Nach der Depassivierung ist der Stahl aktiv, das heisst korrosionsbereit. Eine Depassivierung der Stahloberflaeche tritt zum Beispiel dann ein, wenn durch Karbonatisierung bis zur Stahloberflaeche der pH-Wert der Porenloesung auf Werte unter pH = 10 absinkt, oder wenn ein kritischer Grenzwert fuer den Chloridgehalt ueberschritten wird. Aus einigen Literaturergebnissen ist bekannt, dass sich in Zementsteinen mit hohen Silicastaubgehalten die Alkalitaet der Porenloesung verringert. Durch den geringeren pH-Wert in Betonen mit hohen Silicastaubgehalten kann es unter Umstaenden ebenfalls zur Depassivierung der Stahloberflaeche und damit zur Erhoehung des Korrosionsrisikos kommen. Auf der anderen Seite fuehrt die Zugabe von Zusatzstoffen wie Steinkohlenflugasche und Silicastaub aufgrund ihrer Feinheit und der puzzolanischen Reaktion zu einer feineren Porenstruktur im Zementstein, so dass Dauerhaftigkeitseigenschaften verbessert werden. Der elektrolytische Widerstand des Betons, der bei Korrosionsprozessen eine entscheidende Rolle spielt, kann durch puzzolanische Zusatzstoffe derart erhoeht werden, dass Korrosionsgeschwindigkeiten entscheidend verringert werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden zunaechst, anschliessend an das vorangegangene Forschungsvorhaben "Reduzierung des Alkalitaetsdepots durch Puzzolane" (IDS-Nummer 704613), Langzeituntersuchungen zum Einfluss von hohen Puzzolangehalten auf die Alkalitaet der Porenloesung durchgefuehrt. Dazu wurden der Calciumhydroxidgehalt in Zementsteinproben ohne und mit hohen Puzzolangehalten ermittelt, die Zusammensetzung der Porenloesung dieser Zementsteine bestimmt und Untersuchungen zur Porenstruktur bis zu einer Hydratationsdauer von 1825 Tagen durchgefuehrt. Der Flugaschegehalt betrug bis zu 60 Masse-Prozent, der Silicastaubgehalt bis zu 25 Masse-Prozent bezogen auf den Gesamtbindemittelgehalt. Die Zementsteine wurden mit einem Portlandzement 35 F und einem Hochofenzement 35 L (50 Masse-Prozent Huettensand) mit unterschiedlichen Wasserbindemittelwerten hergestellt. Bei einer Mischung wurde eine Kombination aus 45 Masse-Prozent Portlandzement 35 F, 15 Masse-Prozent Silicastaub und 40 Masse-Prozent Steinkohlenflugasche gewaehlt. Darueber hinaus wurde der Einfluss des Wasserbindemittelwertes auf die Alkalitaet untersucht. Hierbei waren insbesondere Mischungen mit Silicastaub von Interesse, da diese betontechnisch mit einer grossen Spannweite von Wasserbindemittelwerten (rund 0,25 bis 0,60) hergestellt werden und die Alkalitaet gerade in solchen Betonen in erheblichem Masse durch den Silicastaub reduziert werden kann. Das Versuchsprogramm umfasste neben den Zementsteinpruefungen auch Moertelversuche zur Ermittlung des kritischen korrosionsausloesenden Chloridgehaltes an der Stahloberflaeche. Dazu wurden Mischungen ausgewaehlt, bei denen eine umfassende Reduzierung der Alkalitaet (Verbrauch des gesamten Ca (OH)2, verstaerkte Einbindung von Alkalien mit der Folge einer deutlichen pH-Wertabsenkung) festgestellt worden war. Da im Rahmen des vorangegangenen Projektes mit Hilfe von Korrosionszellen zur Erfassung von Elementstroemen an diesen Mischungen aufgrund der hohen Dichtheit der Pruefkoerper kein abschliessendes Bild ueber den kritischen, korrosionsausloesenden Chloridgehalt gewonnen werden konnten, wurden Stahlstuecke (Werkstoffnummer des Stahles: 1.00037) mit Moertel ummantelt. Den Moerteln wurden bei der Herstellung Chloridgehalte zwischen 0 und 1,5 Masse-Prozent von der Zementmasse zugegeben. Nach einer Lagerungsdauer von rund 520 Tagen wurde die abgerostete Stahlmenge gravimetrisch bestimmt und das Korrosionsausmass visuell beurteilt. Auf der Basis der Untersuchungsergebnisse wurde ein Konzept zur gemeinsamen Verwendung von Silicastaub und Flugasche nach DIN EN 450 unter der Massgabe der Sicherstellung einer Mindestalkalitaetsreserve erarbeitet. (A) Kurzbericht zum Forschungsprojekt IV 1-5-774/95 (IDS-Nummer D704928), gefoerdert vom Deutschen Institut fuer Bautechnik, Berlin (Projektnummer F 505 bei der TH Aachen, Institut fuer Bauforschung).

Language

  • German

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01203427
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • ISBN: 3-8167-5478-3
  • Files: ITRD
  • Created Date: Oct 7 2010 7:20PM