A3 Vermeidung von Alkali-Kieselsäure-Reaktion von Beton unter Nutzung reaktionskinetischer Effekte

Zielsetzung:

Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) von Beton ist eine betonschädigende Reaktion zwischen Alkalien im Zement und reaktiven Komponenten der verwendeten Gesteinskörnung. Während der Reaktion bildet sich ein unter Wasseraufnahme quellendes Alkali-Kieselsäure-Gel. Die Reaktion ruft Schäden hervor, wenn die Zugfestigkeit des Betons durch die Expansion des Gels überschritten wird. Charakteristische Merkmale sind netzartige Risse und aus der Oberfläche austretendes Gel.

Prüfverfahren zur Vermeidung einer schädigenden AKR beruhen zumeist auf Dehnungsmessungen von Betonen, hergestellt mit der möglicherweise reaktiven Gesteinskörnung. Ein Problem dieser Verfahren ist die große benötigte Zeitspanne, für die zuverlässige Einschätzung der Alkalireaktivität. Prüfungen direkt an der Gesteinskörnung sind entweder noch vergleichsweise langsam oder unzuverlässig.

Ziel dieses Projektes ist es ein schnelles Bewertungsverfahren für die Alkalireaktivität gebräuchlicher Gesteinskörnung zu entwickeln. Das Verfahren nutzt dazu die Kinetik der Reaktionen der Gesteinskörnung in hochalkalischer synthetischer Betonporenflüssigkeit.

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. Frank Schmidt-Döhl, Prof. Dr.-Ing. Irina Smirnova

Methodik:

Experimente:

  • Monitoring und Auswertung physikalischer und chemischer Parameter, wie pH-Wert, Leitfähigkeit und Redoxpotential während der Reaktion zwischen Gesteinskörnung und Lösung
  • Bestimmung von Partikelgröße und -form und deren Veränderung (Lasergranulometrie, Mikroskopie)
  • Oberflächenbestimmung (BET)
  • Porositäts- und Porenstrukturanalyse (Quecksilberdruckporosimetrie)
  • Element- und Phasenanalysen der Lösungs- und Feststoffphasen (AES, RFA, ATR-IR)

Modellierung:

  • Numerische Simulation mittels Transreac (gekoppelte Reaktions- (GEM + Kinetik) und Transportmodelle für den Stofftransport im Korn)

Literatur:

Osterhus, L.: Solubility testing of rock powders in KOH solution at variable measuring conditions with respect to a rapid ASR estimation. Symposium DFG FOR 1498: Alkali-silica reactions in concrete structures - cyclic loading, fluid transport and modeling. Bochum 5.-6.10.2016

Osterhus, L.; Dombrowski, C.; Schmidt-Döhl, F.: Löslichkeitsuntersuchungen zur schnellen Beurteilung der Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen 19. Int. Baustofftagung ibausil, Weimar, 16.-18.9.2015, Tagungsband 1, S. 1405-1412, 2015

Osterhus, L.; Schmidt-Döhl, F.: Verbessertes Prüfverfahren zur Beurteilung der Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen basierend auf Lösungsversuchen. GDCH Tagung Bauchemie, 6.-8.10.2014, Kassel. GDCH-Monographie, Bd. 48, S. 41-44, 2014, ISBN 978-3-936028-86-7

Osterhus, L.; Dombrowski, C.; Schmidt-Döhl, F.: Studies of aggregate solubility for rapid assessment of their reaction capacity. Cement and its Applications, Heft 2, 2017, S. 89-94 (in Russisch)