Dauerhaftigkeit Part II Flashcards
Eisbildung in Abhängigkeit der Porengröße
- Wasser gefriert zuerst in größeren wassergefüllten Kapillarporen < 0°C
- Aufgrund von Druckunterschieden gefriert das Wasser in kleinerer Kapillarporen erst bei deutlich niedrigeren Temperaturen als 0°C
Schädigungsmechanismen beim Frostangriff
Hydraulischer Druck
• Eis dehnt sich aus und setzt Wasser in ungefrorenen Poren unter Druck -> Risse
Schädigungsmechanismen beim Frostangriff
Kristallisationsdruck
- Eislinse zieht Wasser aus Umgebung
- Wachsen der Eislinie
- Kristallisationsdruck auf umliegende Porenwände -> Risse
Hohe Wassersättigung als Grundvoraussetzung für schädigenden Frostangriff
- Wassersättigung des Betons steigt mit steigender Anzahl frost-Tauwechsel
- Bei Erreichen einer kritischen Sättigung treten innere Schädigung auf
Einsatz von Luftporen zur Erhöhung der Frostbeständigkeit
• Verwendung von Luftporenbildner
- Basierend auf Tensiden die aktiv zur Grenzfläche wirken
- Stabilisieren vorhandener Luftblasen im Beton durch bipolare Kettenmoleküle
Einsatz von Luftporen zur Erhöhung der Frostbeständigkeit
- Tomographiebild eines Betons mit künstlichen Luftporen
- Luftporen agieren als “Ausgleichsgefäß “ für ansteigenden hydraulischen Druck und Kristallisationsdruck
Wichtig
• Einhaltung Maximalabstände (max. 200um)
• maßgebend sind Poren im Bereich 10 - 300 um
Deutlich bessere Leistungsfähigkeit der LP Betone bei Frostangriff
Rückgang des dy. E-Moduls nach Frostprüfung in Abhängigkeit des Luftgehalts
Auswirkungen des erhöhten Luftgehaltes
Positiv
• bessere Verarbeitbarkeit (“Kugellagereffekt”)
• geringerer Wasseranspruch -> Möglichkeit w/z bei gleicher Verarbeitbarkeit zu senken um festigkeitsverlust auszugleichen
- 1% zusätzliche Luft spart 3-4 l Wasser bei gleicher Verarbeitbarkeit
• Synergie mit anderen treibenden Dauerhaftigkeitsproblemen
Auswirkungen des erhöhten Luftgehaltes
Negativ
• Höhere Porosität -> Festigkeitsverlust (je % zusätzliche Luft Druckfestigkeitsverlust von 1,5 -3 N/mm²
Einfluss von Tausalzen
Herabsetzung des Gefrierpunktes
• Je mehr gelöstes Salz desto niedriger der Gefrierpunkt
Einfluss von Tausalzen
Schichtenweises Gefrieren
- Temperaturerniedrigung an Oberfläche am größten -> gefrieren
- Durch Salzgradient gefriert darunterliegende Schicht später
Scalling - Oberflächenabwitterung infolge Frost-Tausalz-Angriff
Glue Spalling Theory
- Dünne Wasserschicht inkl. Tausalzen über Beton gefriert
• alphaT,Eis ~ 5*alphaT,Beton - Stärkeres Zusammenziehen der Eisschicht als Beton
- Risse in Eisschicht welche sich in Beton übertragen
Frostbeständigkeit - Einfluss von zuschlägen
nicht frostsichere Zuschläge
- nicht frostbeständig, porös und/oder quellend
* Abplatzungen oder Mikrorissbildung in der Zementmatrix
Frostbeständigkeit - Einfluss von zuschlägen
thermische Unverträglichkeit
- verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten von zuschlag und Zementstein
- hohe Spannungen
Betontechnologische Maßnahmen zur Erhöhung der Frost- bzw. Frost- Tausalzbeständigkeit
Betonzusammensetzung
• Einhaltung von grenzwerten für Zusammensetzung und Eigenschaften von Beton gemäß Expositionsklassen
- Begrenzung w/z Werte
- Einhaltung minimaler Zementgehalte
• Prüfung der Gesteinskörnung auf Frostbeständigkeit (DIN EN 12620)
• Verwendung von Luftporenbildnern (XF2 - XF4; kein LP bei w/z <= 0,5 XF2 und XF3 bzw. w/z <= 0,4 bei XF4)
- Einhaltung der Mindestluftgehalte im Frisch- und Festbeton (inkl. Abstandsfakoren)
• Begrenzung des Mörtelvolumens
Betontechnologische Maßnahmen zur Erhöhung der Frost- bzw. Frost- Tausalzbeständigkeit
Baustelle
- Vermeidung “übertriebener” Rüttelzeiten
- Gewährleistung eines hohen Reaktionsgrades des Zements durch geeignete und ausreichend lange Nachbehandlung
- Schalungen mit saugender Schalhaut zur Erzielung einer dichten Oberfläche
Arten des chemischen Angriffs
Lösend
- Auflösung des Gefüges z.B. durch Säuren, Auslagerung, etc.
* Erhöhung der Porosität
Arten des chemischen Angriffs
Treibend
- Verdichtung des Gefüges durch mineralog. Neubildungen
- Erniedrigung der Porosität
- Aufbau von Kristallisationsdruck
Angriffe und Auswirkung auf poröse Systeme
direkter Angriff
• Auslöser - Säuren, austauschf. Salze • Art des Angriffs - Angriff von außen - chemisch
Lösende Angriffe durch schwache Säuren
Art des Angriffs
- direkt
- von außen
- chemisch
Lösende Angriffe durch schwache Säuren
Auswirkung des Angriffs
• lösend
Chemischer Angriff - Lösend
Beispiel kalklösende Kohlensäure
Grundlegendes Problem
Auslagerung calciumhaltiger Bestandteile des Betons infolge Angriffs durch gelöstes CO2 (Kohlensäure) -> Entfestigung im Randbereich
Chemischer Angriff - Lösend
Beispiel kalklösende Kohlensäure
Anforderungen an Zementart und die Gesteinskörnung
- Verwendung calciumarmer Zemente (Hochofenzement mit >= 65% Hüttensand oder Puzzolanzemente CEM IV (mit >= 21% Puzzolan/Flugasche)
- Zugabe von Flugasche zum Beton
- Möglichst niedriger Zementgehalt
- Möglichst quazitische Gesteinskörnung
Chemischer Angriff - Lösend
Beispiel kalklösende Kohlensäure
Absenken des w/z Wertes
- Erhöhte Festigkeit und stärkerer Widerstand
* Erniedrigte Permeabilität
Chemischer Angriff - Lösend
Beispiel kalklösende Kohlensäure
Zusätzliche Schutzmassmassnahmen
Erhöhte Betondeckunng
Treibender Angriff kann infolge des Einwirkens von Sulfaten ausgelöst werden
Äußerer Sulfatangriff
- SO4^2- aus belasteten Böden bzw. (Ab)Wässern
- Gipshaltige Böden inkl. sulfatreiches Grundwasser
- Kläranlagen inkl. Abwasser
- Alkalisulfat in Böden (USA)
- Schwefelsäure (biogene Schwefelsäurekorrosion, Industrieabwässer)
Treibender Angriff kann infolge des Einwirkens von Sulfaten ausgelöst werden
Innerer Sulfatangriff
- Übersulfatisierung des Zements infolge zu hoher Gipsdosierung
- Verwendung schwerlöslichem Anhydrit als Sulfatträger
- Sulfate aus verunreinigten Gesteinskörnung und möglicherweise Zusatzmitteln
Vorgänge beim äußeren Sulfatangriff
- Diffusion der Sulfationen in den Beton über porenlösungsgefüllten Kapillarporen
- Reaktion des Sulfat mit den sulfatsensiblen Bestandteilen des Zementsteins
- Treiberscheinungen
- Treibende sekundäre Ettringit- und Gipsbildung aus sulfatsensiblen Zementbestandteile
- Sekundäre Ettringit- und Gipsbildung führt zur Rissbildung und Treibscheinungen
Verringerung des Risikos eines schädigenden äußeren Sulfatangriffs
- Sulfationen von außen
- Hohe Durchlässigkeit
- Wasser
- Ziel muss sein einen dichten Beton herzustellen welcher das Eindringen gelöster Sulfate von außen verzögert bzw. schadhafte Reaktionen durch die Wahl eines geeigneten Zements
Chemischer Angriff
Beispiel Sulfatangriff
Grundlegendes Problem
Treiberscheinigungen (Risse etc.) im Beton nach Exposition zu erhöhten Sulfatgehalten (Boden bzw. Wasser)
Chemischer Angriff
Beispiel Sulfatangriff
Anforderungen an Betonausgangsstoffe insbesondere an die Zementart
- Verwendung sulfatresistenter zemente (SR-Zemente) mit begrenztem C3A Anteil oder Hochofenzement mit >= 65% Hüttensand oder Puzzolanzement CEM IV (mit >= 21% Puzzolan/Flugasche)
- Min Zementgehalt (Zusatzstoffe wie Flugasche können helfen den Sulfatwiderstand zu erhöhen)
Chemischer Angriff
Beispiel Sulfatangriff
ABsenken des w/z Wertes
- Erhöhte Festigkeit und stärkerer Widerstand
* Ernidrigte Permeabilität
Grundvoraussetzungen für eine betonschädigende AKR
Alkalireaktive Gesteinskörnung (SiO2
- Reaktives SiO2 aus bestimmten Fraktionen der Gesteinskörnung
- Amorph (z.B. Opalsandstein)
- Mikrokristallin (z.B. Flint)
- gestresste Quartze (z.B. Grauwacke, gebrochene Körnungen
Grundvoraussetzungen für eine betonschädigende AKR
Alkalische
- Zement
- Tausalze
- Meereswasser
- Zusatzmittel / Zusastzstoffe
Grundvoraussetzungen für eine betonschädigende AKR
Feuchtigkeit
- Kernfeuchte im Beton
* Befeuchtung von außen (Außenbauteile, etc.)
Alkali-Kiesel-Säure Reaktion
• NaOH, KOH und Ca(OH)2 im Porenwasser gelöst aus den Hydratation der Portlandzementklinkerminerale
• Bildung von Alkali-Calcium.Silikat-Hydraten
• Bildung von Alkalli-Kiesel_gel
2 NaOH + SiO2 + n H2O
n = 2,3,5,6 (feste Phase)
n > 6 (flüssige Phase)
Na2SiO3 * n H2O + CO2
-> Na2CO3 + SiO2 + (n+1) H2O
Wie verhindert man eine AKR
Begrenzung es Alkaliegehalts im Betons
- Verwendung von NA Zementen (Na2O eq <= 0,6% v.Z.d.h. bei 300kg Zement/m³ -> 1,8% Na2O/m³ Beton)
- Verwendung von Kompositzementen (Bindung von Alkalien, Durchlässigkeit sinkt)
- Absenkung des w/z Wertes /Durchlässigkeit sinkt bei Alkaliezufuhr von außen)
Wie verhindert man eine AKR
Kenntnis der äußeren Umgebungsbedingungen
- Einteilung der Bauteile nach Feuchteklassen (siehe Alkali Richtlinie des DAfStb)
- Alkalieintrag von außen?
