Einfluss der Porosität von Beton auf den Ablauf einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion

Voland, Katja GND

Der Dissertation liegt die Frage zugrunde, welchen Einfluss die Porosität von Beton auf den Ablauf einer schädigenden AKR hat. Insbesondere soll geklärt werden, ob der Einsatz von Gleitschalungsfertigern – anstelle von klassischen schienengeführten Betondeckenfertigern – und die damit verbundene verringerte Porosität der Betone den Ablauf einer schädigenden AKR begünstigt. Eine verringerte Porosität führt zu einer reduzierten Duktilität des Betons, so dass infolge AKR entstehende Zugspannungen schlechter abgebaut werden können. Weiterhin steht ein geringerer Expansionsraum für das entstehende AKR-Gel zur Verfügung. Diese Faktoren können den Ablauf einer AKR begünstigen. Allerdings können extern anstehende Alkalien schlechter in den Beton mit einer verringerten Porosität eindringen. Ferner wird die Diffusion der Alkalien zu den potenziell reaktiven Gesteinskörnungen verlangsamt. Zur Beantwortung der aufgeworfenen Frage wird unter Einsatz einer neuartigen Prüfmethodologie und bei variierender Porosität untersucht, welche Schädigungsparameter maßgebend für den Ablauf und die Intensität einer schädigenden AKR sind. Die berücksichtigten Schädigungsparameter sind die mechanischen Eigenschaften des Betons, der zur Verfügung stehende Expansionsraum und die im Beton ablaufenden Transportvorgänge. Um den Einfluss der jeweiligen Schädigungsparameter spezifizieren zu können, gehen die Prüfungen einerseits von einem hohen internen und andererseits von einem hohen externen AKR-Schädigungspotenzial aus. In beiden Fällen erfolgen die Untersuchungen an langsam reagierenden alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen. Die unterschiedlichen Porositäten ergeben sich hauptsächlich durch Variation des w/z-Wertes. Bei dem hohen internen AKR-Schädigungspotenzial stehen die mechanischen Eigenschaften und der Expansionsraum im Vordergrund; außerdem ist der Einfluss der Zugabe eines LP-Bildners zu analysieren. Um ein hohes internes AKR-Schädigungspotenzial zu erreichen, kommt bei der Herstellung der Betonprobekörper ein Zement mit einem hohen Alkaligehalt zum Einsatz. Die Betonprobekörper werden der 40 °C-Nebelkammerlagerung und dem 60 °C-Betonversuch über Wasser unterzogen. Dabei findet eine neue Prüfmethodologie Anwendung, die der kontinuierlichen Messung der Dehnung und der ablaufenden Erhärtungs- und Rissbildungsprozesse dient. Diese Prüfmethodologie umfasst die Messung der Ultraschallgeschwindigkeit, die Schallemissionsanalyse und die µ-3D-Computertomografie. Hingegen richtet sich der Fokus bei dem hohen externen AKR-Schädigungspotenzial auf die Transportvorgänge. Zur Provokation eines hohen externen AKR-Schädigungspotenzials werden die Probekörper der FIB-Klimawechsellagerung ausgesetzt.

This thesis deals with the question of how the porosity of concrete influences the process of a damaging alkali-silica-reaction (“ASR”). In particular, it is examined whether the use of slip form pavers and the reduced porosity resulting from this use have an effect on the process of a damaging ASR. A reduced porosity leads to a lower ductility of the concrete. Thus it is more difficult for the tensile stress to be reduced. Moreover, the space for the ASR gel to expand is reduced. These consequences promote the ASR. By contrast, the permeability of the concrete is lower. Hence, the penetration of external alkalis is reduced and the diffusion of the alkalis to the potentially reactive aggregate slowed down. An innovative non-destructive testing methodology is applied to answer this question. Based on variations of the porosity it is examined which damage parameters influence the process and intensity of a damaging ASR. The damaging parameters taken into consideration are the mechanical properties of the concrete, the expansion space and the transport processes within the concrete. In order to determine the influence of the relevant damaging parameters two categories of tests are conducted: one category is based on a high internal potential for damages due to ASR, the other one on a high external potential. In both cases alkali-reactive slow/late aggregates are tested. The different porosities of the concrete mainly result from a variation of the w/c-ratio. In case of a high internal potential for ASR-damages the mechanical properties and the expansion space play the most important role. Furthermore; the influence of an air-entraining agent on the process of a damaging ASR is taken into account. The high internal potential for ASR-damages is provoked by the use of cement with a high amount of alkalises for the production of the concrete samples. These samples are stored in the 40 °C fog chamber storage and the 60 °C concrete prisms test. On the one hand the expansion and the change in mass as well as the eigenfrequency are measured discon-tinuously in the conventional way. On the other hand the innovative testing methodology applied to these ASR-provoked stored concrete samples serves to continuously measure the expansion and the hardening as well as crack formation processes. This methodology comprises a determination of the ultrasonic velocity and of acoustic emissions as well as 3-dimensional micro X-ray computed tomography (µ-3D-CT). The high external potential for ASR-damages is provoked by the cyclic climate storage, designed by FIB. The analysis of these concretes focuses on transportation processes.

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Voland, Katja: Einfluss der Porosität von Beton auf den Ablauf einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion. 2016.

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