Mikrostrukturelle Eigenschaften von Quarz als Bestandteil spät reagierender, alkaliempfindlicher Zuschläge

Berninger, Anna Maria

Zwischen den Jahren 1920 und 1930 kam es an der kalifornischen Küste zu Bauschäden an Brücken und Fahrbahnen, die sich vor allem in einer deutlichen Rissbildung äußerten. Seither werden immer wieder Bauschäden beschrieben, deren Ursache in der Reaktion von Zuschlägen, die „reaktive“ Kieselsäure enthalten, mit der Porenlösung des Betons zu sehen ist. Diese Reaktion wird als Alkali-Kieselsäure Reaktion (AKR) bezeichnet. Seit der ersten Veröffentlichung von Stanton über die „alkali-aggregate reaction“ an opalhaltigen Zuschlägen sind hunderte von Forschungsarbeiten zu diesem Thema durchgeführt und deren Ergebnisse veröffentlicht worden. Trotz eingehender Forschung seit mehr als 8o Jahren ist weder der Mechanismus der AKR vollständig geklärt noch eine eindeutige Voraussage über die Gefährdung von Bauwerken oder Bauteilen mit potentiell AKR-empfindlichen Zuschlägen möglich. Das liegt vor allen Dingen daran, das es sich bei der AKR um eine Reaktion handelt, die aus einer komplexen Abfolge chemischer und physikalischer Prozesse besteht, die in ihrer Gesamtheit zu einer Schädigung von Beton bzw. Betonbauteilen und Bauwerken führen können. Eine geschlossene Beschreibung und Behandlung dieser Reaktion ist nicht möglich, solange keine befriedigende Kenntnis über den Ablauf der einzelnen Schritte vorliegt. Dazu bedarf es grundsätzlicher Untersuchungen der einzelnen chemischen und physikalischen Reaktionsschritte sowie einer möglichst quantitativen Bewertung der verschiedenen Einflussfaktoren. Grundsätzlich gibt es weltweit eine ganze Reihe von Richtlinien und Normen , die dazu verhelfen sollen, Schädigungen an Bauwerken durch AKR zu verhindern. In Deutschland ist das momentan gültige Regelwerk die sogenannte Alkali-Richtlinie des deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb). Sie dient zur Beurteilung von Zuschlag nach DIN 4226 [6, 7, 8] mit alkaliempfindlichen Bestandteilen. Dabei bezieht sich der Teil 2 der Richtlinie auf Zuschläge mit Opalsandstein, Kieselkreide und Flint aus bestimmten Gewinnungsgebieten. Hier wird eine reine Zuschlagprüfung gefordert. Teil 3 der Richtlinie bezieht sich auf präkambrische Grauwacken und andere alkaliempfindliche Gesteine. Gefordert werden hier Prüfungen der Zuschläge selbst sowie Prüfung an Betonbalken und 30er Würfeln in der Nebelkammer. Für die meisten in der Richtlinie genannten Zuschläge bilden die Prüfungen und Vorschriften eine ausreichende Sicherheit, um eine AKR zu vermeiden. Dennoch treten immer wieder Schäden mit Zuschlägen auf, die nach der Alkali-Richtlinie als unempfindlich eingestuft werden müssten. Dabei handelt es sich in der Regel um Schadensfälle, die erst nach mehreren Jahren mit spät reagierenden AKR-empfindlichen Zuschlägen auftreten. Zu diesen Zuschlägen, die gegebenenfalls speziell im Nebelkammertest innerhalb von neun Monaten keine signifikante Dehnung (<0,6mm/m) aufweisen, gehören Stressquarze, Kieselkalk, Granit, Porphyr, Kieselschiefer und Grauwacke. Die vorliegende Arbeit dient speziell der Beurteilung und Einordnung von unterschiedlichen kristallinen Quarzmodifikationen sowie der Ermittlung geeigneter Untersuchungsmethoden für die Beurteilung der AKR-Empfindlichkeit von Quarz.

A lot of concrete deterioration due to ASR during the last years show, that it was not possible to estimate truly the al-kali-reactivity of aggregate. Also a true forecast, if a special concrete mixture or a building is insensible to ASR is not possible. The reason is, that there are damages especially with slow-late aggregates (greywacke, quartzite, rhyolite, stressed quartz…), although they were estimated as innocuous using the valid test methods. For getting more and true information about the ASR sensitivity of slow-late aggregates, interrelations between micro-structural properties and solubility were investigated. In special cases where is a good correlation between microstructure and solubility. But there are a lot of other influences. So only for a part of the investigated aggregates it is possible to get a good correla-tion. Thin section investigations, using light microscopy show, that the microstructure allows a prognosis how and where cracking will occur.

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Berninger, Anna Maria: Mikrostrukturelle Eigenschaften von Quarz als Bestandteil spät reagierender, alkaliempfindlicher Zuschläge. 2005.

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