Zum Sulfatangriff auf Beton und Mörtel einschließlich der Thaumasitbildung
Abgeschlossene Promotion
Mulenga, Davies Mwila
Bauhaus-Universität Weimar – Fakultät Bauingenieurwesen – F. A. Finger-Institut – für Baustoffkunde – Coudraystr. 11 – D-99421 Weimar – Tag der Disputation: 22. März 2002 – Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. J. Stark – Prof. Dr.-Ing. habil. S. Sprung – Prof. Dr. rer. nat. A. Wolter – Eine sehr wichtige Größe für die Dauerhaftigkeit von Beton ist sein Widerstand gegen einen Sulfatangriff. Die Dauerhaftigkeit von Beton muss bei der Verwendung in betonangreifenden Wässern über die gesamte Nutzungsdauer gewährleistet sein. – Bei modernen Bauwerken, wie Autobahnen, Stollen, Brücken, Fundamentplatten und off-shore-Plattformen, die oft Sulfatangriffen ausgesetzt sind, müssen die verwendeten Baustoffe einen hohen Sulfatwiderstand aufweisen. Ein Sulfatangriff auf Beton und Mörtel kann zur Gefügeschädigung im Zementstein führen und dadurch die Zerstörung des gesamten Bauwerks verursachen. Der Zerstörungsgrad variiert in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen und der Einwirkungsdauer und kann bis zum Zersetzen des Betons zu einer plastischen Masse führen. Um diese Betonzerstörung zu vermeiden, werden in der Betonpraxis entsprechende Zemente mit erhöhter Sulfatbeständigkeit eingesetzt oder puzzolanische Zusätze verwendet. Verschiedene Schadensfälle zeigen jedoch, dass trotz der Verwendung hochsulfatbeständiger Zemente eine Zerstörung des Betons in sulfatangreifenden Wässern und Böden unter bestimmten Bedingungen nicht auszuschließen ist. Neben der bekannten Schädigung des Betons durch die Neubildung sulfathaltiger Treibminerale wie Gips oder Ettringit stellt auch die Bildung des ettringitähnlichen, komplex aufgebauten Calciumsilikat-Carbonat-Sulfat-Hydrates "Thaumasit" ein besonderes Problem dar. Die Entstehung des Thaumasits sowie seine Rolle im Mechanismus des Sulfatangriffs auf Beton aus Portlandzementen, Portlandkalksteinzementen ohne oder mit Kalksteinzuschlägen ist noch nicht geklärt. Dabei ist besonders der Einfluss der Temperatur sowie der Sulfatkonzentration auf die Art und Morphologie der entstehenden, schädigenden Mineralphasen noch weitgehend unklar. So wird in der Literatur oft von einer Thaumasitbildung in Beton berichtet, die erst nach einer langen Nutzung des Bauwerks auftritt. Zur Aufklärung dieser Tatsachen bedarf es sowohl der Modifizierung vorhandener Prüfverfahren als auch der Entwicklung eines neuen, praxisnahen Prüfverfahrens zur Charakterisierung des Sulfatwiderstands von Beton und Mörtel. – In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob Thaumasit nach wenigen Tagen einer Sulfateinwirkung auf Beton und Mörtel entstehen kann. Dabei spielte die Frage, unter welchen Bedingungen Thaumasit gebildet wird und welchen Einfluss der Zusatz von Flugaschen oder Kalksteinmehl hat, eine besondere Rolle. Es wurde untersucht, wo unter dem Aspekt der Reaktionsfähigkeit und des Sulfatwiderstands bei äußerem Sulfatangriff die Grenze des Einsatzes von Steinkohlen- bzw. Braunkohlenflugasche in Kombination mit Portlandzement, HS-Zement und Portlandkalksteinzement liegt. In diesem Zusammenhang wurde überprüft, ob die Richtlinie des DAfStb zur Verwendung von Flugaschen nach DIN EN 450 im Betonbau, die für die Herstellung von Beton aus normalen Portlandzementen einen Flugascheanteil im Bindemittel von mindestens 20 % vorsieht, auch in Bezug auf die Thaumasitbildung ausreichende Sicherheit gewährleistet. Außerdem wurde die Wahrscheinlichkeit einer Thaumasitbildung infolge eines äußeren Sulfatangriffs auf Beton mit Kalkstein bzw. Dolomit als Zuschlag näher untersucht. – Parallel dazu wurde ein neues, praxisnahes Prüfverfahren zur Charakterisierung des Sulfatwiderstands von Beton entwickelt. Hierbei kommt dem Einfluss geringerer Temperatur bzw. des Temperaturwechsels eine größere Bedeutung zu. Das Hauptziel der Untersuchungen bestand darin, die Ursache des Einflusses der Zusammensetzung von Beton und Zementstein auf den Sulfatwiderstand von Beton unter Sulfatangriff sowie die Rolle der Phasenneubildung bei der Betonzerstörung zu klären, um sowohl Handlungsrichtlinien für derartige Betone als auch Richtlinien für Anwendungsfälle zu erarbeiten. – Kontakt: Dr.-Ing. Davies-Mwila Mulenga – Tel.: 03643/584710 – E-Mail: davies.mulenga@bauing.uni-weimar.de –
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beton 11/2002 ab Seite 544
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